Matematické Fórum

Nevíte-li si rady s jakýmkoliv matematickým problémem, toto místo je pro vás jako dělané.

Nástěnka
!! 17.06.2018 (Jel.) Khanova škola zve nadšence ke spolupráci na překladech návodů pro učitele a rodiče.
! 04.11.2016 (Jel.) Čtete, prosím, před vložení dotazu, děkuji!
17.01.2016 (Jel.) Rok 2016 s novými a novějšími krystaly od kolegy Pavla!
17.01.2016 (Jel.) Nabídka knih z oborů matematiky, fyziky, chemie
23.10.2013 (Jel.) Zkuste před zadáním dotazu použít některý z online-nástrojů, konzultovat použití můžete v sekci CAS.

Nejste přihlášen(a). Přihlásit

#1 31. 12. 2017 16:06

Morgan1
Příspěvky: 44
Pozice: Student
Reputace:   
 

Záření a pronikavost

Ahoj. Měl bych dotaz ohledně vlnové délky záření a jeho schopnosti "proniknout" hmotou. Jak je možné, že např. záření Gama s vlnovou délkou 10pm je schopno projít větší vrstvou materiálu, než jiné záření s větší vlnovou délkou - např. viditelné světlo s 400 - 760 nm? Schopnost průniku hmotou je přeci dána vlnovou délkou a sice čím je větší, tím lépe dokáže hmotou projít? Nebo jak to tedy je?

Předem děkuji za odpověď.

Offline

 

#2 31. 12. 2017 16:34

edison
Příspěvky: 851
Reputace:   23 
 

Re: Záření a pronikavost

Především je dobré si uvědomit, že na (ne)pronikavosti různých záření se při značně jiných délkách můžou podílet naprosto odlišné mechanizmy. U Nejkratších a nejdelších délek je to celkem triviální:

- gama má natolik malou délku, aby "vidělo", že atomy jsou vlastně prázdný prostor
- dlouhým rádiovým vlnám je cekem ukradené, co je v atomech, ale když je materiál jako celek vodivý, indukují se v něm proudy, které vnější pole dovnitř "nepustí"

A mezi tím je široká plejáda rozdílných, netriviálních jevů, které jsou charakteristické pro určité rozsahy vlnových délek a mívají nějaký vztah ke konkrétnímu složení hmoty.

Offline

 

#3 31. 12. 2017 16:36

edison
Příspěvky: 851
Reputace:   23 
 

Re: Záření a pronikavost

Kdysi jsem pro děti z el. kroužku vytvořil takovýto elaborát, kde si lze udělat určitou představu o jevech, které při různých frekvencích nastávají:
http://dejvice.cz/edison/tmp/em-vlny-seznam.pdf

Offline

 

#4 31. 12. 2017 16:40

Morgan1
Příspěvky: 44
Pozice: Student
Reputace:   
 

Re: Záření a pronikavost

Děkuji.
Ještě ohledně té vodivosti: Neindukuje proud ve vodiči i viditelné světlo? Viz. solární panely?

Omlouvám se za hloupé dotazy, věnuji se těmto tématům pouze několik dní

Offline

 

#5 31. 12. 2017 16:51

edison
Příspěvky: 851
Reputace:   23 
 

Re: Záření a pronikavost

Indukuje, proto se kovy lesknou. Ale se solárními panely to nijak nesouvisí:-)

Offline

 

#6 31. 12. 2017 17:06

Morgan1
Příspěvky: 44
Pozice: Student
Reputace:   
 

Re: Záření a pronikavost

Takže když se to pokusím nějak spojit s kvantovým skokem elektronů mezi oběžnými drahami: Foton ze slunce dopadne na kov, tím dodá energii atomu a jeho elektronům a tím elektrony skočí o oběžnou dráhu dále(Myslím to tak, že v případě slun. soustavy skočí Země na oběžnou dráhu Marsu, Mars na oběžnou dráhu Jupiteru atp.), tím jsou elektrony vázány menší silou k jádru atomu a tak mohou jednodušeji přeskočit k jinému atomu (z  valenční vrstvy, která je tedy ještě dál než byla před absorpcí fotonu ze slunce) = > indukce proudu. A ten lesk kovů se dá tedy vysvětlit tím, že se elektrony vrátí k oběžným drahám před dopadem fotonu ze slunce a tím tedy vyzáří další foton => světlo? Nebo jen prostě odrazí foton ze slunce?

Nějak jsem se snažil pochopit základy kvant. mechaniky z dokumentů na YT, a tohle je tedy výsledek aplikace na trochu praktické věci.

Děkuji mockrát za přečtení a případnou opravu, jak by tento jev mohl vypadat v tomto "mikro" světě :)

Offline

 

#7 31. 12. 2017 17:11

edison
Příspěvky: 851
Reputace:   23 
 

Re: Záření a pronikavost

K indukování proudu kvantová mechanika potřeba v podstatě není, radši bych ji tam netahal:-) Z ní je vlastně důležité jen to, že některé materiály mají některé elektrony "sdílené" mezi atomy.

No a když máme volně se pohybující elektrony, může s nimi hýbat i vnější pole (vůbec bych do toho netahal fotony).

Podrobnosti k proudu ve vodičích např. http://www.osel.cz/7132-jak-to-ty-elektrony-delaji.html

Offline

 

#8 31. 12. 2017 17:28

Morgan1
Příspěvky: 44
Pozice: Student
Reputace:   
 

Re: Záření a pronikavost

Dobře, děkuji.
Pokud jsem tedy článek pochopil správně, tak v kovech dochází k neustálým srážkám elektronů s jádry atomů. Tyto srážky jsou frekventovanější s rostoucí teplotou, to je tedy způsobeno tím, že je v kovech dost elektronů volných.
Ale opět mám otázku: Jak to bude se supravodičem? Supravodič je ochlazený co nejvíce k absolutní 0, to znamená, že je pohyb elektronů omezen. Ale to tedy znamená ,že když připojím zdroj napětí, tak budou elektrony proudit podstatně pomaleji než např. při pokojové teplotě.. Přitom je vysoká teplota ve vodičích nežádoucí kvůli vysokému odporu. Jak to tedy je zde?
Děkuji

Offline

 

#9 31. 12. 2017 17:39

edison
Příspěvky: 851
Reputace:   23 
 

Re: Záření a pronikavost

Ve vodičích ta vysoká teplota způsobuje vyšší četnost srážek (rozhodně bych netvrdil s jádry), takže se tím zvyšuje odpor. Asi jako že rodina s hyperaktivním dítětem se do cíle výletu obvykle nedostane rychleji:-)

V supravodičích je naopak důležité, že eliminace tepelného pohybu udělá místo pro kvantové jevy, konkrétně dojde k vytvoření Cooperových párů a pohyb přejde z chaotického na uspořádaný.
https://cs.wikipedia.org/wiki/Supravodivost

Offline

 

#10 31. 12. 2017 17:52 — Editoval Morgan1 (31. 12. 2017 17:53)

Morgan1
Příspěvky: 44
Pozice: Student
Reputace:   
 

Re: Záření a pronikavost

Děkuji. Dá se ten Cooperův pár chápat tak, že se z elektronů, které "nepatří" žádnému atomu utvoří pár, který se navzájem obíhá? Např. jako když dvě hvězdy obíhají svoje společné těžiště?

Offline

 

#11 31. 12. 2017 17:54

edison
Příspěvky: 851
Reputace:   23 
 

Re: Záření a pronikavost

Ne. Obíhání bych to toho vůbec netahal.

A radši ani do atomů:-)

Offline

 

#12 31. 12. 2017 18:19

edison
Příspěvky: 851
Reputace:   23 
 

Re: Záření a pronikavost

Pokud je nutná nějaká vizuální představa, tak pokud by elektrony byly dejme tomu obláčky, tak cooperův pár je, že dva obláčky splynou. Ale k pochopení supravodivosti to nepomůže.

Pomoct může až nastudování pojmů bosony a fermiony.

Ještě obecná poznámka: Videa jsou dobrá jako počáteční inspirace, ale pro hlubší pochopení jsou naopak většinou zavádějící. U QM obzvlášť, protože spousta kvantových jevů nemá žádnou obdobu v běžných, viditelných jevech. Takže raději číst než sledovat:-)

Offline

 

#13 31. 12. 2017 18:19 Příspěvek uživatele Morgan1 byl skryt uživatelem Morgan1. Důvod: Pozdní odpověď

#14 31. 12. 2017 18:40

Morgan1
Příspěvky: 44
Pozice: Student
Reputace:   
 

Re: Záření a pronikavost

Opět mi nejde do hlavy, jak můžou 2 hmotné objekty, tedy 2 elektrony splynout do sebe? Nejedná se spíše o vzájemné působení?

Ohledně těch bosonů a fermionů: Boson má celočíselný spin a Fermion poločíselný spin - Spin = "rotace?" elektronů - tato znalost mi nejspíše nepomůže pomoct s pochopením supravodivosti že? :D

Děkuji za Vaši trpělivost

Offline

 

#15 31. 12. 2017 19:31

edison
Příspěvky: 851
Reputace:   23 
 

Re: Záření a pronikavost

Právě ta představa "hmotných objektů" na kvantové úrovni poněkud selhává.  Ve QM jsou normální věci jako pravděpodobnostní chování, neurčitost, nelokálnost a kvantování hodnot.

Takže elektron "stojící na místě" si můžeme představit, jako "obláček pravděpodobnosti" (třeba v atomech se jim říká orbitaly): Když do něj něčím štouchneme, možná zjistíme, že jsme trefili elektron a možná taky ne:-)

A elektron "letící" je zas spíš vlna. Takže jsme dejme tomu do toho obláčku šťouchli a trefili elektron. Ale zrovna tak neohrabaně, že vůbec není definováno, kam by měl letět. Výsledkem je vlna, asi jako když hodíme kámen do vody - šíří se na všechny strany.

Ale zatímco kruhy na vodě by po cestě pohnuly s každým na hladině ležícím lístečkem, elektron si "vylosuje" jen jeden a u něj bude ten děj zas nějak pokračovat, zatímco původní vlna právě ztratila smysl existence.

Ale ještě na chvíli zpátky v vlně. Stejně jako vlna na hladině se odráží od předmětů, totéž dělá i ta vlna elektronová a že je to jen jeden elektron, vůbec nebrání tomu, aby se odrazila od libovolného počtu "předmětů", třeba i naráz. A všechny ty odražené vlny se pak můžou sčítat a odčítat, prostě klasická interference. Když bude nějaký vhodný objekt v místech, kde se vlny posčítají, zvyšuje se šance, že si interakci s elektronem "vylosuje".

Tak a teď zpět k supravodivosti:

Spin je kvantová vlastnost, která z určitého pohledu trochu připomíná rotaci. Ale zas bych se v tom moc nevrtal. A ty bosony a fermiony mají ještě nějaké další rozdílné vlastnosti - ty si zase nastuduj:-)

Offline

 

#16 31. 12. 2017 20:45 — Editoval proton100 (31. 12. 2017 21:08)

proton100
Příspěvky: 108
Reputace:   -4 
 

Re: Záření a pronikavost

Morgan1 napsal(a):

Jak je možné, že např. záření Gama s vlnovou délkou 10 pm je schopno projít větší vrstvou materiálu, než jiné záření s větší vlnovou délkou - např. viditelné světlo s 400 - 760 nm?

Orientačné priemery:
- proton 1E-14 m
- elektrón 1E-10 m
- svetlo: 1E-6 m
- rongen 1E-11 m

Fotón svetla  je ihlička s dĺžkou 1 mm a priemerom 1 μm. Priemer fotónu je funkcia 1/f, jeho hustota a energia je priamo úmerná f. Fotón svetla je tak veľký a riedky, že ho ovplyvňujú elektróny. Fotón rongenu je tak malý, hustý a energetický že prepichne elektróny, a ovplyvňujú ho viac protóny. Pravdepodnosť zrážky s jadrom je malá, prenikavosť fotónu je veľká.

Offline

 

#17 31. 12. 2017 21:00

edison
Příspěvky: 851
Reputace:   23 
 

Re: Záření a pronikavost

proton100 napsal(a):

Orientačné priemery:
- proton 1E-14 m
- elektrón 1E-10 m
- svetlo: 1E-6 m
- rongen 1E-11 m
Fotón svetla  je ihlička s dĺžkou 1 mm a priemerom 1 μm...

To je zase chybná představa. Foton není lokalizovaný. Má jen vlnovou délku, která určuje, jak budou vypadat interferenční jevy ovlivňující pravděpodobnost, rozhodující o tom, kde a kdy se jeho energie projeví.

Tzn. např. rentgenový foton vyzářený z atomového jádra ve volném kosmickém prostoru má nejblíže k expandující kouli, která třeba za rok bude mít poloměr světelný rok:-)

Offline

 

#18 31. 12. 2017 21:18

proton100
Příspěvky: 108
Reputace:   -4 
 

Re: Záření a pronikavost

edison napsal(a):

> Foton není lokalizovaný.

Elektromagnetické účinky fotónu majú ohraničený priestor, tým je fotón lokalizovaný.

> rentgenový foton vyzářený z atomového jádra ve volném kosmickém prostoru má nejblíže k expandující kouli, která třeba za rok bude mít poloměr světelný rok:-)

Jadrové fotóny sú krátke, majú obálku kindervajca. Strata energie fotónu sa prejavuje jeho zväčšovaním, ale také niečo nebolo pozorované ani z objektov vzdialených milióny svetelných rokov.

Offline

 

#19 31. 12. 2017 21:27

edison
Příspěvky: 851
Reputace:   23 
 

Re: Záření a pronikavost

A jak teda podle tebe funguje jednofotonový dvouštěrbinový experiment?

Offline

 

#20 01. 01. 2018 16:32

Morgan1
Příspěvky: 44
Pozice: Student
Reputace:   
 

Re: Záření a pronikavost

Dobře, děkuji mockrát za Váš čas, už je mi to jasnější :)

Mám opět další otázku: Je princip vzniku viditelného spektra záření stejný pro pevné věci(např. žárovka) i plyn? Tedy kvantovými skoky elektronů mezi svými oběžnými drahami?

Offline

 

#21 01. 01. 2018 17:32

proton100
Příspěvky: 108
Reputace:   -4 
 

Re: Záření a pronikavost

edison napsal(a):

A jak teda podle tebe funguje jednofotonový dvouštěrbinový experiment?

Zaujímavé. Je nejaký dôkaz že sa fotóny zväčšujú, a že po nejakej vzdialenosti napríklad z fotónu 500 keV dostaneme len 5 eV ? Ako sa dá vytvoriť len 1 fotón?

Offline

 

#22 01. 01. 2018 21:43

edison
Příspěvky: 851
Reputace:   23 
 

Re: Záření a pronikavost

proton100 napsal(a):

Zaujímavé. Je nejaký dôkaz že sa fotóny zväčšujú, a že po nejakej vzdialenosti napríklad z fotónu 500 keV dostaneme len 5 eV ? Ako sa dá vytvoriť len 1 fotón?

Je experimentálně dokázáno, že i jeden foton se plně řídí podle vlnové optiky (taktéž i pro elektron, proton, ... až po molekulu fulerenu) a cestou "bere v úvahu" libovolně velkou optickou soustavu.

Samozřejmě ten foton po libovolně velké vzdálenosti (a tedy i "nafouknutí") předá celou svou původní energii jedné konkrétní částici. Stejně jako elektron, proton, ... dorazí do cíle celý.

Ale jsou i jevy, kde se dá energie předat část (třeba odraz od lehkého zrcadla).

https://www.google.cz/search?q=single+photon+source

Offline

 

#23 01. 01. 2018 21:54

edison
Příspěvky: 851
Reputace:   23 
 

Re: Záření a pronikavost

Morgan1 napsal(a):

Je princip vzniku viditelného spektra záření stejný pro pevné věci(např. žárovka) i plyn? Tedy kvantovými skoky elektronů mezi svými oběžnými drahami?

Je rozdílný pro tepelné a netepelné jevy.

Žhavý předmět/plyn září na principu chaotického pohybu a generuje spojité spektrum dané teplotou (odtud barevná teplota). Např. žárovka, nebo slunce.

A pak jsou jevy, kde zdrojem je změna energetických hladin elektronů (zase bych raději neříkal oběžných drah). Např. doutnavka, laser, nebo svítící roztoky.

Aby toho nebylo málo, záření lze generovat i nechaotickým zrychleným pohybem elektronů. Například svítící anody elektronek, rentgen, synchrotron, nebo laser na volných elektronech.

Offline

 

#24 02. 01. 2018 16:04

edison
Příspěvky: 851
Reputace:   23 
 

Re: Záření a pronikavost

Ta QM je obecně vzato na první pohled naprosto šílená a už od samého počátku se mnoha lidem nelíbila.

Když Schrödinger publikoval svoji slavnou rovnici, bylo z ní vyvozeno mnoho "bláznivých" závěrů, které se jemu samému nelíbily. Např. superpozice stavů: M. Kaku v knížce Hyperprostor uvádí, že Schrödinger vymyslel svoji slavnou kočku právě jako reakci na takové interpretace jeho rovnice:-)

Einsteinovi se zas nelíbila skutečná náhoda, která se v QM objevuje. Proslula jeho hláška "Bůh nehraje v kostky". Též se mu nelíbila kvantová provázanost, komentoval to jako "strašidelné působení na dálku". Spolu s dalšími dvěma pány vymysleli EPR paradox, který měl ukázat, že je to blbost.

Na základě toho byly formulovány Bellovy nerovnosti a s jejich pomocí byly později experimentálně vyvráceny skryté proměnné, tedy potvrzeno "strašidelné působení na dálku":-)

A pak jsou ty jednofotonové interferenční experimenty...

Závěr: Ano, QM je šílená. Ale prokazatelně odpovídá realitě.

Offline

 

#25 09. 01. 2018 07:25 — Editoval proton100 (09. 01. 2018 09:02)

proton100
Příspěvky: 108
Reputace:   -4 
 

Re: Záření a pronikavost

edison napsal(a):

A jak teda podle tebe funguje jednofotonový dvouštěrbinový experiment?

Pri výkone 1 W zdroj viditeľného svetla produkuje rádovo 10^18 fotónov za sekundu. To je homogénna látka, nie samostatný fotón.

Offline

 

Zápatí

Powered by PunBB
© Copyright 2002–2005 Rickard Andersson