Sähkömagneettisen aallon olemus

[pähkäilijä]

Jos valmistetaan sellainen laser
....
olisi esim droonia työntävä sivusuunnassa, toki myös rikkova jos fotonit olisi energisiä. Ehkä sellainen laser on olemassakin, varmaan kallis valmistaa.

Jos käytettäisiin laserin tapaista siten, että 1kg kappale saatetaan suunnilleen samaan kiihtyvyyteen kuin henkilöauto, niin täydellisesti heijastavalle pinnalle pitäisi suunnata noin puolet Olkiluoto 1:n tehosta. Toki mikään pinta ei moista laseria kestä, mutta teoreettisesti. Teho vastaa karkeasti arvioiden auringon säteilytehoa 0.5 km² pinta-alalle.

Tarkoitat varmaan liikemäärän aiheuttamaa kohtisuoraa voimakomponenttia. Itse tarkoitan sivuttaista sähkömagneettista komponenttia.

Sm-aalto kuljettaa liikemäärää, jonka suunta on aaltovektorin ja Poyntingin vektorin suuntainen. Kun aalto osuu pintaan, ja heijastuu, niin pintaan siirtyy aallon suuntainen liikemäärä. Periaate sama kuin heitettäessä pallo, joka törmää elastisesti ja palaa takaisin. Liikemäärä siirtyy kohteeseen, ja aiheuttaa kiihtyvyyden (pinnan normaalin suuntainen voima, eli pintaan nähden kohtisuora voima). Tämä on vertauskuvana melko lähellä fotonin täydellistä heijastumista.

Jos aalto (fotoni) absorboituu osittain tai kokonaan, niin mukana on sähkömagneettinen vuorovaikutus, joka ilmenee Lorentzin voimana (fotonin tapauksessa kvanttiteorian sirontana). Tähän liittyy muitakin kuin aallon etenemisen suuntaisia komponentteja, mutta liikemääräkomponenttien summa on Poyntingin vektorin suuntainen, ja toteuttaa liikemäärän säilymisen.

Kun emissio tapahtuu auringossa ja absorbtio maassa niin fotonilla ei taida olla sitä 8 minuutin taukoa vaan tauko kestää niin lyhyen ajan että samojen elektronien liike kantaa tauon yli. Ts. elektronien liike-energia siirtyy auringosta maahan suoraan vaikka matka on meille tosi pitkä.

No joo. Sähkömagneettinen vuorovaikutus voi edetä suurienkin etäisyyksien yli sähkömagneettisen aallon muodossa.

Muistatko kuitenkin laskelman jossa 20m^2 purjeen aurinkoenergia muutettiin rekan nopeudeksi? Laskit sen alkupään viesteissä. Siitä näkyi ero liikemäärän ja liike-energian välillä
p=mc
E=mc^2
Eli suoraan kaavasta näkyy se 300 000x
Toki ovat eri laatua, liikemäärä ei ole liike-energia. Mutta laskit itse molempien vaikutuksen rekkaan, jos oikein muistan.

Eli pihvi on fotonin energia, ja salaattia liikemäärä, siinä ei ole energiaa juuri ollenkaan. Luonnon tilanne on erikoinen, fotonien "Lorentz" voima on aina 50%/50%. Se että auringonvalossa on 50/50, ei ole ihmeellistä koska se on täydellisesti sekoitettu "korttipakka". Ihmeellistä on ettei missään lampussa ym. fotonilähteessä ole pientäkään poikkeamaa 50/50 suhteesta. Olisiko yksi syy siinä että elektronin kiihtyvyysrata on lyhyt? Jos se pidennetään vaikka 10m pituiseksi, elektroni ylittäisi c-nopeuden (ei- c-nopeutta ei voi ylittää) moninkertaisesti? Tästä syystä luonnossa on suuri määrä ratoja pienessä tilavuudessa, siis tehoa ei voi nostaa pidentämällä rataa vaan tekemällä monta rataa. Edelleen jos tarkastellaan vain yhtä rataa, sen valjastaminen teknisesti edestakaisin kiihdytystä varten pitää sisällään 50/50 tilanteen.
Kuinka sitten saadaan vaikka 0/100 tilanne? Rakennetaan kiihdytysrata yksisuuntaiseksi. Tehdään se lasiputkeen jotta fotonit pääsee ulos. Nyt kun ahkerasti ammutaan fotoneita, ne tuottaa Lorentzin voiman ympärillä olevaan vaikka tupakansavuun, se siirtyy putken suuntaisesti joko eteenpäin tai taaksepäin, en tiedä kumpaan suuntaan. Joka tapauksessa siinä toteutuu kiihtyvyysratojen samansuuntaisuus, savu kiihtyy omalla radallaan, elektronit omallaan.

[QS]

Jos valmistetaan sellainen laser
....
olisi esim droonia työntävä sivusuunnassa, toki myös rikkova jos fotonit olisi energisiä. Ehkä sellainen laser on olemassakin, varmaan kallis valmistaa.

Jos käytettäisiin laserin tapaista siten, että 1kg kappale saatetaan suunnilleen samaan kiihtyvyyteen kuin henkilöauto, niin täydellisesti heijastavalle pinnalle pitäisi suunnata noin puolet Olkiluoto 1:n tehosta. Toki mikään pinta ei moista laseria kestä, mutta teoreettisesti. Teho vastaa karkeasti arvioiden auringon säteilytehoa 0.5 km² pinta-alalle.

Tarkoitat varmaan liikemäärän aiheuttamaa kohtisuoraa voimakomponenttia. Itse tarkoitan sivuttaista sähkömagneettista komponenttia.

Sm-aalto kuljettaa liikemäärää, jonka suunta on aaltovektorin ja Poyntingin vektorin suuntainen. Kun aalto osuu pintaan, ja heijastuu, niin pintaan siirtyy aallon suuntainen liikemäärä. Periaate sama kuin heitettäessä pallo, joka törmää elastisesti ja palaa takaisin. Liikemäärä siirtyy kohteeseen, ja aiheuttaa kiihtyvyyden (pinnan normaalin suuntainen voima, eli pintaan nähden kohtisuora voima). Tämä on vertauskuvana melko lähellä fotonin täydellistä heijastumista.

Jos aalto (fotoni) absorboituu osittain tai kokonaan, niin mukana on sähkömagneettinen vuorovaikutus, joka ilmenee Lorentzin voimana (fotonin tapauksessa kvanttiteorian sirontana). Tähän liittyy muitakin kuin aallon etenemisen suuntaisia komponentteja, mutta liikemääräkomponenttien summa on Poyntingin vektorin suuntainen, ja toteuttaa liikemäärän säilymisen.

Kun emissio tapahtuu auringossa ja absorbtio maassa niin fotonilla ei taida olla sitä 8 minuutin taukoa vaan tauko kestää niin lyhyen ajan että samojen elektronien liike kantaa tauon yli. Ts. elektronien liike-energia siirtyy auringosta maahan suoraan vaikka matka on meille tosi pitkä.

No joo. Sähkömagneettinen vuorovaikutus voi edetä suurienkin etäisyyksien yli sähkömagneettisen aallon muodossa.

Muistatko kuitenkin laskelman jossa 20m^2 purjeen aurinkoenergia muutettiin rekan nopeudeksi? Laskit sen alkupään viesteissä. Siitä näkyi ero liikemäärän ja liike-energian välillä
p=mc
E=mc^2
Eli suoraan kaavasta näkyy se 300 000x
Toki ovat eri laatua, liikemäärä ei ole liike-energia. Mutta laskit itse molempien vaikutuksen rekkaan, jos oikein muistan.

Fotonin energia on \(E = hf\), ja liikemäärä \(p = E/c = hf/c\).

Löytyi tämä viesti, jossa verrataan fotonien ja massakappaleen liikemäärää ja energiaa

viewtopic.php?p=2200#p2200

Sähkömagneettisen säteilyn liikemäärä on olematon, jonka takia maapallon olosuhteissa valolla ei voida liikutella juuri mitään. Tämän takia laserissa ei ole rekyyliä, toisin kuin haulikossa tai muissa aseissa.

Valon säteilyenergia on kuitenkin suuri, jonka takia tehokas laser polttaa mitä tahansa kohdalleen sattuvaaa, mutta ei sysää kohdetta liikkelle, koska valon liikemäärä on olematon.

[pähkäilijä]

Ai se löytyi kuitenkin. Ja olikin 1m^2 alalle eikä 20m^2 purjeelle. Tämä suuri energia naamioituu lämmön alle mutta "mikroskoopilla" se osoittautuu liike- ja potentiaalienergiaksi. Suurennos paljastaa elektronin jonka vaihteleva nopeus ja potentiaali on verrattavissa hylkivien magneettipallojen törmäilyksi eli mikrotasolta löytyy liike-energia vaikka makrotasolla on vain lämpö joka on molekyylien liikettä. Ja koska liike on kaikkiin suuntiin tasapuolisesti, energialla ei ole suuntaa --> skalaari.

[QS]

Tämä suuri energia naamioituu lämmön alle mutta "mikroskoopilla" se osoittautuu liike- ja potentiaalienergiaksi.

Fotonilla ei ole potentiaalienergiaa, ja fotonin energian kuvaaminen liike-energiana ei ole kovin toimiva. Tämän näkee, kun verrataan massahiukkasen energiaa

\(E^2 = p^2 c^2 + m^2 c^4\)

ja fotonin energiaa

\(E^2 = p^2 c^2\)

Massahiukkasen energia voidaan jakaa massaenergiaan \(E_0 = mc^2\) ja liike-energiaan \(E_k\). Liike-energia on kokonaisenergian ja massaenergian erotus

\(E_k = E - E_0 = \sqrt{p^2 c^2 + m^2 c^4} - mc^2\)

Lepokehyksessä liikemäärä \(p=0\), liikenergia \(E_k = 0\), ja kokonaisenergia on vain massaenergiaa \(E = E_0 = mc^2\). Fotonin tapauksessa tilanne on toinen, sillä fotonilla ei ole lepokehystä, ja sen energia on aina

\(E = p c = h f = \hbar \omega\)

Tämä ei jakaudu massaenergiaan ja liike-energiaan, ja siksi sitä usein kutsutaankin 'säteilyenergiaksi'.

Fotonin absorptiossa energia ja liikemäärä säilyvät erikseen. Energia ei muutu liikemääräksi, ja liikemäärä ei muutu energiaksi. Fotoni luovuttaa suhteellisen pienen liikemäärän, mutta suhteellisen suuren energian.

Ajatellaan nyt metallihilasta irtoavia atomeja, mutta vain karkeasti, koska menisi mahdottomaksi käsitellä tarkasti kvantti- tai kiinteän aineen teorioilla.

Pieni liikemäärä tarkoittaa sitä, että laserin absorption jälkeen metallihilan kaikkien atomien yhteenlaskettu liikemäärien vektorisumma on suurentunut vain vähän. Säteilyenergia sen sijaan on rikkonut hilarakenteen (tämä ei ole liike-energiaa), elektronit ovat virittyneet suurempaan energiatilaan (tämä ei ole liike-energiaa), ja atomien satunnainen lämpöliike (tämä on liike-energiaa) on suurentunut huomattavasti. Lämpöliike ilmenee metallin sulamisena.

Säteilyenergia voi muuttua liike-energiaksi, mutta ei liikemäärävektoriksi. Tämä ei estä sitä, etteikö kaksi vierekkäistä atomia voisi saada hyvin suuren liikemäärän vastakkaisiin suuntiin (näiden vektorisumma on nolla), ja samalla hyvin pienen liikemäärän säteen suunnassa (fotonin pieni liikemäärä lasersäteen suunnassa).

Suuren säteilyenergian muuttuessa suureksi lämpöliikkeeksi noin tapahtuukin. Kaksi massahiukkasta ampaisevat vastakkaisiin suuntiin, mutta liikemäärävektori lasersäteen suunnassa ei kasva enempää kuin mikä oli fotonin liikemäärä. Kahden massahiukkasen liike-energia on kuitenkin kasvanut huomattavasti, joka suuressa hiukkasjoukossa ilmenee suurena liikemääränä satunnaisiin suuntiin (liikemäärävektorit yhteenlaskettuna kuitenkin lähes nolla) ja hyvin suurena liike-energiana (joka ei ole nolla).

Tämän näkee makrotasollakin. Kipinät irtoavat pääasiassa poikittain säteeseen nähden, jolloin irtoavien kipinöiden liikemäärävektorien summa on käytännössä nolla:



Toisena esimerkkinä raskaan vedyn (deuterium) ytimen hajottaminen protoniksi ja neutroniksi käyttämällä suurienergistä fotonia. Fotonin energia käytetään sidoksen rikkomiseen, ja jäljelle jäävä energia muuttuu protonin ja neutronin liike-energiaksi. Ne sinkoavat melko vastakkaisiin suuntiin, joka takaa sen, että jäljelle jäävä fotonin suuntainen liikemäärävektori on suhteellisen pieni (fotonin liikemäärä on pieni).

[pähkäilijä]

Tuohan näytti hitsaukselta. Mutta energia tulikin fotoneista. Kuitenkin tarvitaan suojakaasu jottei metalli hapetu ja terästäkin pitää syöttää kuumaan kohtaan. Mig hitsauksessa sähkö hoitaa kuumennuksen, veikkaan että fotonit tuottaa etuja sähköön verrattuna. Ainakin fotonilaite on kalliimpi, mikä viittaa erityiseen suorituskykyyn. Taitavakaan hitsari ei pärjää tuolle koneelle.
Ilmeisesti sauman onnistuminen vaatii hyvin tarkkaa tehonsäätöä, jos on alakantissa, sulaminen ei ole hyvä, jos yläkantissa, rauta roiskuu pois paikaltaan.