Длина волны и проникновение ЭМ излучения

Поскольку комментарий слишком короткий для этой темы, я пишу ответ с необходимой предпосылкой, что речь идет только об этом наблюдении (поэтому он не может быть полным ответом на ваш пост):

Я считаю, что мы должны уменьшить мощность излучателя, поскольку мы укорачиваем длину волны, поправьте меня, если я ошибаюсь.

Необходимо провести четкое различие между

• Тема квантовой механики: фотоны. Каждый из них представляет собой квант энергии,$E = h \nu$Джоулей, если электромагнитное поле представляет собой синусоидальную волну с частотой$\nu$. Наблюдаемое электромагнитное поле представляет собой непрерывный поток этих квантов. Другими словами, когда наблюдают за электромагнитной волной, кажется, что все ее фотоны приклеены друг к другу.
• Тема классической теории Максвелла: энергия. «Глобальная» энергия, переносимая электромагнитным полем, обычно обозначается как$u = \frac{1}{2} \epsilon | \mathbf{E} |^2$(Джоули на единицу объема). Пусть электромагнитная волна проходит через определенный объем$V$трехмерного пространства: если бы вы могли поглотить всю энергию, доставляемую электромагнитной волной, в объем$V$, вы бы поглотили$u \cdot V$Джоули энергии.

Фотоны связаны с тем, как доставляется Электромагнитная энергия: она доставляется отдельными «частицами» (фрагментами), называемыми фотонами, каждая из которых несет некоторое количество$h \nu$энергии. Когда вы поглощаете энергию электромагнитного поля, вы можете поглотить только целое число, кратное$h \nu$Джоулей за время , потому что вы можете собрать только дискретное количество фотонов.

Когда вместо этого вы оцениваете амплитуду поля$| \mathbf{E} |$, вы имеете в виду весь набор фотонов, которые вы получаете, с его глобальными свойствами. Вас интересует не гранулярность этой энергии (минимальный «квант» энергии, который вы можете поглотить), а поведение всей волны , представленной полем. Эта волна способна заполнить объем$V$с глобальным количеством энергии$u \cdot V$Джоулей (возможно, вы знаете, что это количество$u \cdot V$несут туда осколки$h \nu$Джоулей, но вас это сейчас не интересует).

Глобальная энергия$u = \frac{1}{2} \epsilon | \mathbf{E} |^2$о количестве доставленных фотонов,$E = h \nu$примерно равно количеству энергии, переносимому одним фотоном. Если вы хотите сумму$A$Джоулей энергии можно получить с помощью большого количества низкоэнергетических (т. е. низкочастотных) фотонов или с небольшим количеством высокоэнергетических (высокочастотных) фотонов. Но конечное количество энергии всегда будет$A$Джоули.

Итак, да, электромагнитное поле с большим$| \mathbf{E} |$подобен «струне», которая имеет большую вибрацию: она может передавать большое количество энергии. Когда вы оцениваете глобальную энергию волны, вас не интересует, насколько велики ее фрагменты: вас интересует только их конечная сумма.

Высокочастотная вибрация более энергична только в том смысле, что ее энергетические фрагменты, фотоны , больше.

Предположим, что вы можете сгенерировать два поля:

• синусоидальное поле на частоте$\nu_1$;
• синусоидальное поле на частоте$\nu_2 \gg \nu_1$.

Хочешь заполнить ими объем$V$с глобальной энергией

Это достигается только в том случае, если оба поля, независимо от частоты и, следовательно, независимо от того, насколько энергичны их фотоны , имеют квадрат амплитуды

Извините, если получилось длинно, надеюсь, в любом случае было хоть немного полезно.

Редактировать 1 : все ваши вопросы очень хороши и абсолютно законны, но я думаю, что это обсуждение имело бы больше смысла, если бы вы имели базовые знания об электромагнетизме. Вы можете начать с закона Кулона . Хотя эти концепции не избавят вас от сомнений, они помогут вам справиться с ними, в том числе и в отношении связанного документа .

Фотоны из второго поля [на частоте ]$v_2$однако, как вы сказали, «больше». Воля$v_2$нести больше энергии?

Нет, потому что глобальная энергия внутри объема$V$является$u_{\mathrm{desired}} \cdot V$. Количество фотонов внутри объема$V$такова, что сумма их единичных энергий равна$u_{\mathrm{desired}} \cdot V$: это не зависит от их частоты и может происходить как для поля на частоте$\nu_1$и поле на частоте$\nu_2$. Вместо этого меняется количество фотонов. Поле на частоте$\nu_1$нужно будет отправить внутрь тома$V$ больше фотонов, чем поле на частоте$\nu_2$достичь того же количества энергии$u_{\mathrm{desired}} \cdot V$, потому что каждый отдельный фотон на частоте$\nu_1$несут меньше энергии, чем фотоны на частоте$\nu_2$. Но глобальная энергия в обоих случаях$u_{\mathrm{desired}} \cdot V$. И это ожидаемый результат, в данном случае не странный.

Редактировать 2 и отказ от ответственности: эти понятия чрезвычайно сложнее, чем это тривиальное, наивное, элементарное описание. Используемый здесь язык предназначен только для облегчения понимания: он не является ни строгим, ни исчерпывающим, и не претендует на то, чтобы представлять эту проблему в квантовой механике. Этот ответ направлен только на использование подходящего и качественного языка для ОП.

Редактировать 3 : этот ответ и исходный вопрос были отклонены. Это когда

сообщение содержит неверную информацию, плохо изучено или не передает информацию

Вместе с ОП мы делаем все возможное, чтобы решить законный и содержательный вопрос. Если бы была дана некоторая подсказка о том, что мы можем еще улучшить, это могло бы быть полезно.

Видимый свет имеет длину волны 400-700 нм.

Гамма-лучи имеют длину волны 10^-12м.

С классической точки зрения поверхность будет отражающей, если она достаточно гладкая и если длина волны намного больше молекулярной и атомной структуры. В этом случае для видимого света атомы намного меньше длины волны, поэтому для видимого света поверхность выглядит гладкой. Таким образом, его можно смоделировать классически, и в зависимости от материала свет может быть:

1. поглощенный,

2. декогерентно отражается многими точечными источниками

3. когерентно отражается при упругом рассеянии (зеркало)

Когда вы принимаете гамма-лучи, вы должны использовать микроуровень и КМ, потому что, если вы попытаетесь увидеть на микроуровне, является ли поверхность все еще гладкой для длин волн 10 ^ -12 м, вы увидите, что она не гладкая.

Так что его нельзя смоделировать классически, и для гамма-лучей приходится использовать КМ.

Расстояние между атомами составляет несколько десятых нанометра, поэтому для видимого света (400–700 нм) оно будет выглядеть ровным.

Но для гамма-лучей, как обычно, они видят в основном пустое пространство между атомами. Вот почему более высокие частоты уходят в материал, потому что они видят пустое пространство.

Таким образом, вы должны использовать квантовую механику и принцип неопределенности Гейзенберга, фотоны гамма-излучения увидят пустое пространство.

Это резюме, особенно приведенная ниже диаграмма, освещает ваш вопрос:

Взаимодействие излучения с веществом

PS размещен как ответ, а не комментарий, чтобы сохранить приведенную выше диаграмму в случае гниения ссылки.

Гамма-лучи обладают гораздо большей проникающей способностью, чем альфа- и бета-лучи. Однако они не проникают в материалы очень глубоко по сравнению с оптическими лучами. Это потому, что они будут неупруго рассеивать электроны. Они проникают в металл глубже, чем оптические лучи, которые останавливаются явлением плазменных колебаний. Гамма-лучи теряют половину своей мощности в свинце уже через один сантиметр или меньше. Конечно, для очень интенсивного источника гамма-излучения необходим толстый слой свинца, чтобы снизить интенсивность до очень низкого безопасного уровня.