Energija kvanta glede na en EM val

Nedeljivi. Atomi? Ne, delci!
Rozman
Prispevkov: 1284
Pridružen: 6.10.2005 14:50
Kraj: Tržič
Kontakt:

Energija kvanta glede na en EM val

Odgovor Napisal/-a Rozman » 31.12.2006 9:34

En primerek elektromagnetnega (EM) vala vsebuje neko količino EM energije. En EM val domžalskega srednje valovnega oddajnika na primer vsebuje 0,1 w energije. To dobimo tako, da moč oddajnika 100 kw delimo z milijon oddanih valov v sekundi.
Po drugi strani je Planck ugotovil, da je energija fotona enaka (f.h), to je frekvenca EM valovanja krat Planckova konstanta. V primeru EM valovanja domžalskega oddajnika je to za 27 razredov manj, glede na energija enega EM valu. Planckova energija je torej zanemarljiva glede na energijo enega EM valu.
Zanima me:
*Kakšno je v splošnem razmerje med energijo enega EM valu v primerjavi s Plankovo energijo (f.h):
- v primeru radijskih valov,
- v primeru svetlobe in
- v primeru EM valovanj najvišjih frekvenc.
*Kako so ti 'Planckovi' kvanti energije krajevno razporejeni znotraj EM vala?
LP FR

Uporabniški avatar
Aniviller
Prispevkov: 7263
Pridružen: 15.11.2004 18:16

Odgovor Napisal/-a Aniviller » 31.12.2006 14:36

Energija se meri v Joulih (J)

Kot prvo, energija enega vala nima nobenega posebnega fizikalnega pomena. Tudi sam si ugotovil, da je ta odvisna od moci izvora (vprasanje "*Kakšno je v splošnem razmerje med energijo enega EM valu v primerjavi s Plankovo energijo (f.h)" je torej nesmiselno).
Drugic, ravno v tem je princip kvantne mehanike, da lahko primerjas delce z valovanjem. To seveda pomeni da lahko za vsak foton govoris le o verjetnostni porazdelitvi in ne o polozaju. Ce hoces imeti frekvenco dobro definirano morajo biti fotoni dolgi vec valovnih dolzin!! (to ni fizicna dolzina ampak nedolocenost polozaja). Energija vala deljena z energijo kvanta bi torej pomenila, koliko fotonov je povprecno v enem valu. To mora biti zelo veliko, da vidis val. Za zelo majhno izsevano moc ne bi vec videl valovanja ampak zaporedje sunkov.

Rozman
Prispevkov: 1284
Pridružen: 6.10.2005 14:50
Kraj: Tržič
Kontakt:

Odgovor Napisal/-a Rozman » 1.1.2007 19:33

Aniviller, res je, energija se meri v Joulih.
Kot prvo, energija enega vala nima posebnega fizikalnega pomena.
Nobene fizikalne danosti ne jemjem kot nepomembne. Vse fizikalne danosti skušam razumeti ne glede na to, ali so pomembne ali ne.
Tudi sam si ugotovil, da je ta odvisna od moci izvora.

Ali to lahko razumem tako, da ima opazovani EM val svetlobe različne amplitude, od zelo neznatnih enenrgijskih vrednosti (f.h), do enormno visokih energij EM polja opazovanega EM vala?
Energija vala deljena z energijo kvanta bi torej pomenila, koliko fotonov je povprecno v enem valu. To mora biti zelo veliko, da vidis val.

Kakšne so največje možne vrednosti števila fotonov v enem opazovanem svetlobnem EM valu?

In še eno vprašanje: Ko se fotoni, ki ustvarjajo opazovan EM val, zaletijo v elektron, se njihov učinek ne sešteva. Izbijanje elektrona iz atomske lupine je vedno prepuščeno le enemu fotonu. Zakaj - če jih je praviloma ogromno na lokaciji elektrona? LP FR

Uporabniški avatar
Aniviller
Prispevkov: 7263
Pridružen: 15.11.2004 18:16

Odgovor Napisal/-a Aniviller » 1.1.2007 20:19

Rozman napisal/-a:
Tudi sam si ugotovil, da je ta odvisna od moci izvora.

Ali to lahko razumem tako, da ima opazovani EM val svetlobe različne amplitude, od zelo neznatnih enenrgijskih vrednosti (f.h), do enormno visokih energij EM polja opazovanega EM vala? Kakšne so največje možne vrednosti števila fotonov v enem opazovanem svetlobnem EM valu?
Vecjo moc ima izvor, vecja je amplitude El. in Mag. polja v dani tocki. Ponavadi se pada z r. Ce je izvor koherenten, so fotoni fazno usklajeni in dobis lep val. Vidna svetloba je ponavadi vse prej kot lep sinusen val.
Ne vem zakaj bi bilo stevilo fotonov omejeno?
Rozman napisal/-a:In še eno vprašanje: Ko se fotoni, ki ustvarjajo opazovan EM val, zaletijo v elektron, se njihov učinek ne sešteva. Izbijanje elektrona iz atomske lupine je vedno prepuščeno le enemu fotonu. Zakaj - če jih je praviloma ogromno na lokaciji elektrona? LP FR
Tukaj se pojavi delcna narava fotonov: absorbcija fotona je diskreten pojav. Za dogodkom je elektron ze v vzbujenem stanju. (mozna je sicer reakcija dveh fotonov in elektrona, le verjetnost je neznansko majhna). In se to: ce se postavis 1m stran od 100W zarnice s svetlobo 450nm je v volumnu krogle s polmerom bohrovega radija povprecno okrog\(10^{-9}\) fotonov. Ne veliko.

Rozman
Prispevkov: 1284
Pridružen: 6.10.2005 14:50
Kraj: Tržič
Kontakt:

Odgovor Napisal/-a Rozman » 1.1.2007 21:42

Fotoni se povezujejo v obliko EM valov, podobno kot se molekule vode v primeru dežja povezuje v vodne kaplje. Ko ocenjujem koliko molekul vode je v času t v soseščini izbrane točke, je pomembno ali se opazovana točka v času t nahaja v vodni kaplji ali izven nje. Če opazujem v kaplji, je v soseščini opazovane točke veliko molekul vode. Izven vodne kaplje v soseščini točke ni molekule vode.
Podobno je tudi v primeru fotonov. V soseščini opazovane točke znotraj EM vala je veliko fotonov. Če opazujem točko izven EM valu, tam v soseščini ni fotonov.
Da bi lahko ocenili, koliko fotonov je povprečno v borovega radia, moramo vedeti, kako 100 W žarnica ustvarja EM valove.
• Lahko ustvarja veliko število EM valov z majhnim številom fotonov ali pa
majhno število EM valov z velikim številom fotonov.
Če vzamemo prispodobo z dežjem imamo lahko veliko majhnih kapljic ali majhno število velikih kapelj.
Vprašanje: Po kakšnem zakonu se določa energijska bogatost posameznih EM valov v smislu ali bo 100 W žarnica sevala
• veliko število EM valov, od katerih bo vsak vseboval majhno število fotonov ali pa bo žarnica sevala
• majhno število EM valov z velikim številom fotonov. LP FR

Roman
Prispevkov: 5536
Pridružen: 21.10.2003 8:03

Odgovor Napisal/-a Roman » 2.1.2007 10:33

Rozman napisal/-a:Fotoni se povezujejo v obliko EM valov, podobno kot se molekule vode v primeru dežja povezuje v vodne kaplje.
Nisem prepričan, da je tole res. Če kvantno fiziko prav razumem, ni med valovno in zrnato interpretacijo pojavov nobene povezave. Svetloba je EM valovanje ali pa curek fotonov, odvisno od tega, kaj meriš. Fotoni se ne povezujejo v val in EM val ni verjetnostna funkcija za gibanje fotonov.

Rozman
Prispevkov: 1284
Pridružen: 6.10.2005 14:50
Kraj: Tržič
Kontakt:

Odgovor Napisal/-a Rozman » 2.1.2007 11:29

"Nisem prepričan, da je tole res." - Sprašujem zato, ker tudi sam ne vem, kaj je res.
"Če kvantno fiziko prav razumem, ni med valovno in zrnato interpretacijo pojavov nobene povezave." - EM val je merljiv in opisuje isto fizikalno dejstvo kot foton. EM val in foton opisujeta isti pojav, zato sta močno povezana, sprašujem se pa kako, v kakšnem dnosu sta si ?
"Svetloba je EM valovanje ali pa curek fotonov, odvisno od tega, kaj meriš." - Tako je. Vendar močan EM val obenem pomeni velik curek fotonov. Ne more obstajati curek fotonov brez EM valu.
"Fotoni se ne povezujejo v val in EM val ni verjetnostna funkcija za gibanje fotonov." - Za začetek se lahko strinjam, da se fotoni ne 'povezujejo' v EM val, ne morem pa se strinjati, da fotoni ne ustvarijo EM valu. Ne morem se strinjati, da nekam usmerim močan curek fotonov, tam pa ne zaznam nobenega EM polja.
Pri opisu povezovanja lahko uporabiš kateri koli glagol namesto 'združevanja'. Tisto česar ne morem sprejeti je to, da na lokaciji, kjer je močan curek fotonov ni EM polja. Če pa se foton in EM val pojavljata soodvisno, me zanima njuna medsebojna soodvisnost oziroma povezanost. LP FR

Jurij
Prispevkov: 585
Pridružen: 27.2.2006 11:09

Odgovor Napisal/-a Jurij » 2.1.2007 12:26

Roman napisal/-a:Fotoni se ne povezujejo v val in EM val ni verjetnostna funkcija za gibanje fotonov.
se strinjam. sj gre za isto stvar: fotoni so EM valovanje, zato ne mormo rečt npr.
Ne more obstajati curek fotonov brez EM valu.
ali
Če pa se foton in EM val pojavljata soodvisno...
nista odvisna, saj gre za eno stvar, odvisno je le od načina opazovanja.

sicr me pa popravte če sm prevč poenostavu...

Uporabniški avatar
Aniviller
Prispevkov: 7263
Pridružen: 15.11.2004 18:16

Odgovor Napisal/-a Aniviller » 2.1.2007 12:59

Vzemimo laser, da bo stvar enostavna:
V laserskem curku so fotoni enakomerno porazdeljeni (statisticno gledano). Pri svetlobi ni zgoscin in razredcin, da bi lahko rekel da so fotoni kje bolj na gosto kot drugje. (grucavost je na le na podrobni casovni skali, ker gre za stimulirano emisijo).

EM valovanje je nekaj, kar obstaja le pri veliki gostoti toka. Takrat pac postavis detektor in izmeris casovno odvisnost el. polja (sinus), ampak to le zato ker je ob dolocenih casih padlo na detektor toliko fotonov, da to lahko naredimo. Ce pa detektiras en sam foton pa ni vala. So le posamezni sunki. Npr. ce meris prostorski profil stojecega vala na eni valovni dolzini izmeris "hrib" le zato, ker v sredini pridejo fotoni s pretezno isto fazo, proti robovom pa destruktivno interferirajo. Ni zato na sredini vec fotonov kot na robu.

Rozman
Prispevkov: 1284
Pridružen: 6.10.2005 14:50
Kraj: Tržič
Kontakt:

Odgovor Napisal/-a Rozman » 2.1.2007 16:07

Ali en foton lahko opišemo z Maxwellovimi enačbami?
Ali se en foton pojavi v EM obliki?
Kakšno EM obliko ima en foton? LP FR

Uporabniški avatar
Aniviller
Prispevkov: 7263
Pridružen: 15.11.2004 18:16

Odgovor Napisal/-a Aniviller » 2.1.2007 17:06

Foton je kvantni delec, maxwellove enacbe pa opisujejo zvezno polje. Odgovor je NE.
Za opis fotona rabis relativisticno kvantno mehaniko. To kar vidis kot EM polje je le skupni efekt mnozice fotonov. Valovna funkcija fotona je pa odvisna od tega kako dobro je definirana njegova frekvenca, torej, kako je bil izsevan.

Rozman
Prispevkov: 1284
Pridružen: 6.10.2005 14:50
Kraj: Tržič
Kontakt:

Odgovor Napisal/-a Rozman » 2.1.2007 19:10

Aniviller, v Youngovem eksperimentu z dvojno režo Young piše, da je skozi napravo pošlje en sam foton. Foton potuje od izvora skozi eno od rež do zaslona. Da je eksperimentiral le z enim fotonom je posebej izpostavil. S tem je pokazal, da slika na zaslonu ni posledica interference več fotonov skozi obe reži.
Kakšno EM obliko ima na svoji poti tak osamljen foton? LP FR

Uporabniški avatar
Aniviller
Prispevkov: 7263
Pridružen: 15.11.2004 18:16

Odgovor Napisal/-a Aniviller » 2.1.2007 19:52

Nisem rekel, da so fotoni odvisni eden od drugega. Gre za to da en foton pac da eno piko na zaslon, samo ne ves kje je. Ko to naredis veckrat, vidis da je ponekod veckrat kot drugje. Za Youngov poskus lahko reces da je foton raven val (tocno dolocena frekvenca, nedolocen polozaj).

Rozman
Prispevkov: 1284
Pridružen: 6.10.2005 14:50
Kraj: Tržič
Kontakt:

Odgovor Napisal/-a Rozman » 2.1.2007 20:43

Aniviller, skušajva energijo fotona pogledati še na en način. Foton svetlobe praviloma lahko izbije elektron iz gornje atomske lupine. Ko elektron vpade nazaj v lupino, odda foton, kar opazimo kot oddajanje svetlobe opazovanega telesa. Pri rentgenskih oziroma x-žarkih je energija fotona lahko več (sto) tisoč krat večja, kot pri vidni svetlobi, zato bi tak foton moral izbijati elektrone ne le iz gornjih lupin, ampak iz vseh lupin. Ko bi se elektroni vračali na svoje mesto, bi objekt moral močno svetiti. To se ne zgodi. Ko človeka obsevamo z rentgenom ali celo kadar nek predmet obsevamo z x-žarki, ne vidimo nobenega izhajajoče svetlobe, niti toliko kot pri energijsko mnogo skromnejšem obsevanju z vidno svetlobo. Ali energijsko bogati fotoni ne morejo izbijati elektronov? Če ne, zakaj ne? Če jih lahko izbijajo, zakaj ne opazim vračanja elektronov nazaj v atomske lupine v obliki svetlosti opazovanega predmeta? LP FR

Uporabniški avatar
Aniviller
Prispevkov: 7263
Pridružen: 15.11.2004 18:16

Odgovor Napisal/-a Aniviller » 2.1.2007 21:14

Foton mora imeti tocno doloceno energijo, da lahko izbije elektron (toliksno, kolikrsna je energijska razlika med stanjema), in enak foton elektron izseva, ce gre nazaj.
Druga moznost je, ce elektron ne gre direktno nazaj ampak se spusca postopoma (ce je osnovni prehod manj verjeten ali kaj podobnega). V tem primeru imas efekt fluorescence (fluorescencni zasloni za gledanje rentgenskih zarkov). Ce se elektroni znajdejo v zelo stabilnih visjih stanjih, prehajajo nazaj zelo pocasi, imas efekt zapoznele emisije - fosforescenco. Ti predmeti v temi svetijo, ce jih prej "napolnimo".

Odgovori

Kdo je na strani

Po forumu brska: 0 registriranih uporabnikov in 2 gostov