Почему вода легко поглощает ТГц излучение?

Утверждается, что вода чрезвычайно чувствительна к терагерцовому излучению, поглощая большое количество этого излучения, поэтому измерения кожи безопасно проводить в этом диапазоне частот (1) (2) (3)

Но я не нахожу хорошего объяснения, почему это так.

В последней ссылке говорится, что причиной поглощения ТГц водой является « из-за вращательного перехода полярных молекул воды », но я не понимаю этого утверждения.

Мое понимание:

Колебания молекул воды охватывают диапазон частот в терагерцовом диапазоне, поэтому, когда излучение определенной частоты попадает на молекулу воды, колеблющуюся на той же частоте, оно заставляет их «поглощать» излучение.

Это все еще не объясняет, почему они поглощают излучение, и я не понимаю, почему.

Вам, вероятно, нужно уточнить уровень «почему», которого вы хотите. Разумным, но бесполезным ответом может быть: «Мы можем смоделировать взаимодействие молекулы H2O с терагерцовыми фотонами, используя квантовую электродинамическую модель, и окажется, что она, вероятно, будет поглощать эти фотоны. хорошо". Перефразируя Пратчетта: «Из-за квантов». Какой ответ вы считаете удовлетворительным - какой уровень детализации вам нужен? Проще говоря, существуют переходы состояний электрона, которые перекрываются с энергиями фотонов в терагерцовом диапазоне.
Спасибо за помощь. Уровень понимания выпускника был бы замечательным, я только начинаю работу над докторской диссертацией в этой области, и я знаю, что из-за этого используется визуализация кожи, но я не понимаю, как молекулы воды могут просто поглощать излучение и не быть ионизируется, и что делает молекулы воды такими хорошими поглотителями.
ТГц-излучение в этом отношении не является особенным, как и молекула воды. Почему часть света может поглощаться какой-либо молекулой, не ионизируя ее? Мы знаем, что это случается, и это очень распространено: например, солнечный свет не ионизирует древесину :) Это должно стать хорошей отправной точкой.

Ответы (1)

Похоже, вы пытаетесь понять, почему это происходит, а не столько заниматься математикой.

Представьте молекулу воды. Он имеет форму неглубокой буквы V. Он вибрирует всеми возможными способами — руки удлиняются и укорачиваются, угол меняется, все вращается вокруг трех осей и всех их комбинаций и т. д. У каждого вида вибрации есть резонансная частота, на которой она возникает. особенно хорошо поглощает энергию, а затем снова излучает ее.

Теперь представьте вторую молекулу. Один из атомов водорода близок к основанию V первого, где находится кислород. Некоторые из них притягиваются, потому что у них противоположные заряды, и они ближе друг к другу, чем к чему-либо еще, кроме других частей своих собственных молекул. Это называется водородной связью. Это более слабое взаимодействие, чем ковалентные связи, но оно есть. Время от времени этот водород оказывается настолько близко, что становится неясным, какой из трех атомов водорода ковалентно связан с этим кислородом. И тогда один из них увлечется куда-то еще, и с вероятностью 2/3 это будет кто-то из остальных. Молекула воды изменилась. Молекулы воды при комнатной температуре постоянно распадаются и восстанавливаются, как миллениалы в баре для одиноких.

Таким образом, каждая из других связей имеет свою резонансную частоту. Но эти водородные связи случайным образом различаются по своему расстоянию и силе. У них нет единой резонансной частоты, они размазаны повсюду.

Есть еще, но это только начало.

Почему вода легко поглощает ТГц излучение?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v