Почему микроволны проникают в плоть, а видимый свет не такой же интенсивности?

Почему именно, если микроволны имеют меньшую энергию на фотон, с видимым светом той же высокой интенсивности, они были бы более способны проникать?

Короткий ответ: именно частота, а не интенсивность электромагнитной волны определяет механизм поглощения (например, вращение молекул, вибрация, возбуждение электронов), который, в свою очередь, определяет, насколько сильно поглощается излучение и, следовательно, степень проникновения. Тогда для данной частоты интенсивность волны определяет, сколько энергии поглощается при данном проникновении.

Когда вы продвигаетесь вверх по частоте через микроволны (молекулярное вращение) и инфракрасное излучение (молекулярное колебание) к видимому свету (электронное возбуждение), вы становитесь менее «прозрачным» для волны, т. е. сильнее поглощаете энергию. В нижнем ультрафиолетовом диапазоне все ультрафиолетовые лучи солнца поглощаются тонким внешним слоем кожи.

Затем, когда вы продвигаетесь дальше по частоте в область рентгеновского излучения, вы снова становитесь прозрачными, потому что большая часть механизмов поглощения исчезает. Затем вы поглощаете только небольшую часть излучения, но это поглощение включает в себя более сильные явления ионизации.

Более подробную информацию о механизмах взаимодействия излучения с веществом см. на http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/mod3.html .

Надеюсь это поможет.

E=nhf

Где E — энергия монохроматического света, f — частота монохроматического света, h — постоянная Планка и n — число фотонов. Микроволновые фотоны имеют гораздо более низкие частоты, чем видимый свет. Поэтому меньшая энергия для той же интенсивности (т.е. количество n фотонов в единицу времени).

Формула эффекта глубины проникновения :

$$\delta_{e}= \frac{\delta_{p}} 2$$

Где$\delta_{e}$глубина проникновения и$\delta_{p}$глубина кожи .

Глубина кожи рассчитывается по:

$$\delta_{p}=\sqrt{\frac{2 \rho}{\omega \mu}}$$

Где,

$$\begin{array}{l} \rho=\text { resistivity of the conductor } \\ \omega=\text { angular frequency of current }=2 \pi f, \text { where } f \text { is the frequency. } \\ \mu=\text { permeability of the conductor, } \mu_{r} \mu_{0} \end{array}$$

Мы можем легко заметить из вышеизложенного, что более низкая частота (независимо от интенсивности света) приводит к большей глубине проникновения.$\delta_{e}$.

Поэтому микроволны проникают в плоть сильнее, чем видимый свет, независимо от интенсивности света. Однако ущерб, нанесенный плоти, связан с интенсивностью и частотой света. Микроволны могут повредить ткани глубже внутри вашего тела на глубину до 12 см при очень интенсивном микроволновом излучении. Повреждения от видимого света возможны только на несколько миллиметров в глубину и могут привести к ожогу или раздражению кожи. Тем не менее, невидимый ультрафиолетовый свет из-за его очень энергичных высокочастотных фотонов, хотя его глубина проникновения составляет менее миллиметра, может вызвать рак кожи. Это, вероятно, является причиной фотоэлектрического эффекта, который может нарушить репликацию ДНК человека. Кожа человека вообще считается плохим проводником электричества.

Глубина проникновения в ткани или вообще вещество в конечном счете зависит от процессов (отражение, поглощение, рассеяние, фотохимия), которые могут происходить или не происходить в зависимости от состава и микроскопических особенностей.

По сути, вместо одной только энергии вы можете думать о соответствующей частоте электромагнитного излучения (E = hf для фотона, где f — частота волны, исходящей от ансамбля таких фотонов, а h — постоянная Планка).

Все процессы, которые я только что упомянул, требуют настройки (или некоторого смещения для рассеяния) этой частоты фотона, подобно тому, как радио настроено на определенный канал. Ключевым моментом является то, что энергия, переносимая электромагнитными волнами, приходит пакетами в виде фотонов, и они по отдельности взаимодействуют с материей, которая также хорошо организована на дискретных энергетических уровнях.

Так что не думайте, что фотон с более высокой частотой (с более высокой энергией) делает больше, чем фотон с меньшей энергией. Для этого может не быть готового процесса, или возникновение события может потребовать более длительного прохождения, что приведет к большой глубине проникновения.

Из вышеизложенного также должно быть ясно, что глубина проникновения не зависит монотонно от энергии. Как вы сказали, микроволны могут проникать в биологические ткани. Но гораздо более энергичные рентгеновские лучи тоже могут это сделать. Где-то посередине находятся ультрафиолетовое и видимое излучение, которые довольно эффективно блокируются путем отражения, поглощения (пигмент меланина в случае нашей кожи) и даже рассеяния. Что касается последнего, вы можете осветить «белым» светом свой палец и увидеть, что красный свет распространяется больше всего, подобно диффузии Рэлея, дающей красные восходы и закаты.

(Ответ на другой вопрос «почему МВ менее энергичны на фотон» содержится в приведенном выше соотношении плюс то, как мы их назвали).

Почти сопутствующая и каким-то образом связанная тема: « Какая наука стоит за терапией красным светом?» Инфракрасные и низкочастотные электромагнитные волны для некоторых кажутся причудливыми, но это больше, чем тепло и красная лампочка?

Более высокая энергия фотонов, как правило, не означает более высокую проникающую способность. Вот непрозрачность атмосферы Земли в зависимости от длины волны:

Короткие волны соответствуют высокой энергии фотонов, длинные волны соответствуют низкой энергии фотонов. Атмосфера непрозрачна как для коротких, так и для длинных волн, с «окнами» между ними.

Различные механизмы работают на разных длинах волн. Важные механизмы включают образование пар, эффект Комптона, фотоэлектрический эффект, связанные электронные переходы, молекулярную вибрацию, вращение молекул и плазменные волны. Самое широкое окно находится в радио, где частота слишком высока для реакции плазмы, но энергия фотонов слишком мала, чтобы возбудить другие механизмы.

Плоть представляет собой гораздо более сложную смесь материалов, поэтому ее непрозрачность, соответственно, более сложная.