Radiowellen und Photonenfrequenz

Wie erzeugen Radiowellen den Strom in der Antenne in Form von Photonen? Wenn es sich um Compton-Streuung handelt, warum ändert sich dann nicht die Frequenz der Photonen?

Hmm ... hast du irgendeine Vorbereitung in Quantenfeldtheorie? Sagt Ihnen der Ausdruck "kohärente Streuung" etwas? Es würde jedem helfen, der versucht, eine Antwort vorzubereiten, um zu wissen, woher Sie kommen.

Antworten (4)

Eine elementare Erklärung auf Highschool-Niveau:

Der Strahl der Radiowellenphotonen ist kohärent, wie Wladimir sagte. Kohärent bedeutet, dass das elektrische und magnetische Feld jedes einzelnen Photons mit allen anderen eine feste Phase hat.

Wenn die Welle eine Antenne erreicht, werden einige der Photonen absorbiert, wodurch die Elektronen auf ein etwas höheres Energieniveau (Energie h*nu) im Leitungsband gebracht werden. Es ist also nicht Streuung, sondern Absorption, die den Strom mit der Frequenz des einfallenden Strahls erzeugt.

Es ist die Kohärenz, die bei der Absorption des Photons die Elektronen im Gleichschritt schiebt oder abstößt, so dass sich ein Strom aufbaut, der die Frequenz des auftreffenden Strahls hat.

Angenommen, eine lineare Antenne, die entlang z gerichtet ist, breiten sich Photonen (EM-Wellen) entlang x aus. Der Impuls von Photonen hat nur eine x-Komponente. Warum haben Elektronen einen Impuls der z-Komponente?
Ich dachte, Photonen seien elektrisch neutral. Wie können sie ein elektrisches Feld haben? Was entscheidet außerdem, in welche Richtung der Strom fließt, wenn die Photonen absorbiert werden?
Photonen sind neutral, aber in der Masse, wenn sie kohärent sind (im Gleichschritt), bauen sie elektromagnetische Wellen auf, die elektrische und magnetische Felder haben. Die Art und Weise, wie der Aufbau geschieht, wird hier motls.blogspot.com/2011/11/… veranschaulicht . In gewissem Sinne gehen die in die Maxwell-Gleichungen eingehenden Potentiale in die Gleichungen für Photonen ein, sodass sie die Grundlagen für den Aufbau haben.

Nein, es ist keine Compton-Streuung - die Elektronen in der Antenne sind nicht wirklich frei.

Eine Radiowelle ist ein Fluss kohärenter Photonen, sie wirken zusammen, nicht einzeln.

Jedes EMW bringt Ladungen in Bewegung, aber gebundene Ladungen können eine Arbeit leisten, sodass die einfallende Welle teilweise absorbiert werden kann.

Außerdem ist eine niederfrequente Compton-Streuung ziemlich dasselbe wie die klassische EMW-Streuung. Der "gestreute" Teil der resultierenden Welle hat also fast die gleiche Frequenz.

Wir können ein freies Elektron betrachten (Sondenladung in Ruhe im freien Raum). Photonen, die sich entlang der x-Achse ausbreiten, schieben die Ladung nicht senkrecht zur x-Achse. EM-Wellen, die sich entlang der x-Achse ausbreiten, verursachen jedoch Ladungsschwingungen hauptsächlich senkrecht zu x. Welche Beschreibung ist richtig?
Ja, Photon drückt eine Sondenladung senkrecht zur x-Achse.
Danke für Antworten. Warum gibt das Photon der Ladung entlang der x-Achse keinen Impuls?
Den Impuls entlang der x-Achse zu geben ist ziemlich schwierig. Es ist nur bei Frontalkollisionen möglich. Stellen Sie sich einen Zusammenstoß zweier Billardkugeln vor. Sie streuen in den meisten Fällen beiseite, da die Kollision nicht frontal ist. Warum sollte die Kollision mit einem Photon immer frontal sein? Normalerweise ist es nicht frontal, daher gibt es eine senkrecht zur x-Bewegung des gestreuten Photons und des Zielelektrons.
nahezu senkrecht zur x-Bewegung des Zielelektrons bedeutet, dass der Impuls des gestreuten Photons nahe bei x bleibt. In solchen Fällen wird ein sehr geringer Teil der Photonenenergie in Elektronen umgewandelt. Es scheint nicht die richtige Situation für Antennen zu sein.
Ein weiteres Problem:
Ein weiteres Problem: Ein linearer Leiter wird in der Nähe der linearen Antenne platziert. Wenn der Abstand zwischen ihnen eine halbe Wellenlänge beträgt, nimmt der Strom in der Antenne zu, wenn 1/4 Wellenlänge - der Strom abnimmt. Die Photonen-Compton-Streuung durch das Elektron hängt jedoch nicht von der Anwesenheit eines anderen Elektrons ab. Bedeutet das, dass Compton-Streuung klassische EM-Ereignisse nicht beschreiben kann?
Das Nahfeld wird nicht mit Photonen beschrieben. Es enthält auch reaktive Felder. Nur entfernte, sich ausbreitende Wellen sind Ensembles von Photonen.
Entschuldigung für die Verspätung. Nahezu senkrecht zur x-Bewegung des Zielelektrons bedeutet, dass der Impuls des gestreuten Photons nahe x bleibt. In solchen Fällen wird ein sehr geringer Teil der Photonenenergie in Elektronen umgewandelt. Es scheint nicht die richtige Situation für Antennen zu sein. Also quant. Elektrodyn. ist nicht in der Lage, die Bewegung des Elektrons senkrecht zu x in einer ebenen Welle zu erklären, die sich entlang x ausbreitet. Andererseits klassische Elektrodynamik. kann keine Elektronenbewegung entlang x beschreiben, die durch Photonen beschrieben wird.
In Antennen können die Elektronen die Bewegungsrichtung nicht wirklich frei wählen. Sie dürfen sich nur entlang des Drahtes bewegen.
Ihre Erklärung impliziert, dass der Strom umso größer wäre, je mehr die Antenne aus der senkrechten Richtung abfällt, aber in Wirklichkeit ist der größte Strom für die senkrechte Antenne.
Wenn die Ausbreitungsrichtung entlang X verläuft, steht das elektrische Feld senkrecht zu dieser Richtung (es liegt in der (Y,Z)-Ebene). Eine senkrechte Antenne ist also am besten geeignet, um einen linearen Strom darin zu induzieren.

Der Strahl von Radiowellen mit kohärenten Photonen kann nur von MASER erzeugt werden. Ohne das haben Photonen keine korrelierten Phasen, z. B. besteht die berühmte 21-cm-Wasserstofflinie in der Radioastronomie nicht aus kohärenten Photonen. Für Radiowellen, die von gewöhnlichen Sendern erzeugt werden, ist die Situation sogar „schlechtesten“ – hier gibt es kaum eine strenge Rechtfertigung, Photonen mit einer Frequenz zu finden, die mit der Frequenz des Senders verwandt ist. Ich habe keine genauen Berechnungen, aber um den Grund des Problems zu verstehen, reicht es aus, sich daran zu erinnern, dass Funksender Wellen unterschiedlicher Form aussenden können und einfach durch die klassische Physik beschrieben werden, aber Photonen werden aufgrund des Quantenübergangs zwischen einigen Energieniveaus emittiert und es ist ein sehr unterschiedlicher Prozess. Schließlich wird das Photon per Definition über eine zeitabhängige Funktion wie beschrieben e X P ( ich ω T ) und wir dürfen keine „Dreiecks“-Photonen anstelle von „sinusförmigen“ Photonen emittieren, indem wir einen Sender mit elektrischem Strom mit kniffliger Zeitabhängigkeit verwenden.

Strom bewegt Elektronen. Ein Photon mit einer Frequenz gibt seine Energie an die Elektronen in der Antenne ab. Die erregten Elektronen wandern dann durch den Draht zum Radio mit der gleichen Frequenz, mit der die Photonen ihre Energie abgeben. Wenn das Photonenfeld, oder besser gesagt das elektromagnetische Feld, von positiv+ nach negativ- schwingt, wie bei dem Wechselstrom, der zur Erzeugung des Felds verwendet wird, erzeugt der Strom in der Empfangsantenne auch Strom oder bewegt Elektronen auf oszillierende Weise von + nach - nach Frequenz.

Die "Lieferung" der Energie von Photonen an Elektronen ist auf Einsteins photoelektrischen Effekt zurückzuführen.

" Wenn das Photonenfeld, oder besser gesagt das elektromagnetische Feld... " OP fragt, wie das Phänomen unter Verwendung von Photonen anstelle des elektromagnetischen Feldes erklärt werden kann . Daher beantwortet dies die Frage nicht wirklich.