Kérdés:
Mi történik, ha folyamatosan növekszik az RF jel frekvenciája?
SoreDakeNoKoto
2015-10-13 03:58:51 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Tudom, hogy a rádióhullámok az EM spektrum legalacsonyabb részét, a gammasugarak foglalják el a legmagasabbat. Szeretném tudni, hogy a rádióhullám frekvenciájának növelése képes-e látható fényt és esetleg gamma-sugarakat produkálni. Kerestem egy kicsit, de nem találtam határozott válaszokat. Az összes különálló sugárzás megkülönböztethető (csak külön forrásból szerezhető be), vagy megszerezheti őket egymástól a szükséges frekvencia emelésével vagy csökkentésével? Van-e korlátozás az RF frekvencia emelésére (kábelekben, szabad térben stb.)?

Fizikai szinten alapvetően azonosak, de minden gyakorlati célból teljesen különböző területek a saját generációs, szűrési és átviteli technikájukkal.A 100 MHz-es rádióspektrum E & M sugárzásának előállításához használt áramkört nem lehet csak úgy beállítani, hogy 2THz ultraibolya fényt hozzon létre.Nem használhat üveglencsét vagy tükröt a rádióhullámok megbízható irányítására, mint a fénysugarakhoz.
Az @crasic, 2 THz nem ultraibolya fény.Hosszabb hullámhosszúságú, mint az IR, a Terahertz-sugárzás nevű rezsim.
@ThePhoton, helyes legyen 1000THz, szoktam hullámhosszon dolgozni, amikor a fényről beszélek, de a lényeg áll
@crasic Csak a generációval foglalkozom.Válaszából nem tudok UV-sugárzást kapni egy áramkörből 100 MHz-es RF-re.Ez korlátozza a hardvert (kábeleket, alkatrészeket), vagy kaphat RF hullámokat 2THz-n, de ezeket csak UV fénynek kell tekinteni?Tud magyarázni többet arról, hogy mit ért "alapjaiban azonos" alatt?köszönöm
* Tudna magyarázni többet arról, hogy mire gondol "alapvetően azonos * Minden E & M, és minden foton A megfelelő fotonok előállításához szükséges kölcsönhatások energiaskálájának különbsége félelmetes.A sugárzás (alacsony energiájú foton) mennyisége 100 MHz-en 4,13 * 10 ^ -7 ** eV **, szemben az UV fotonnal 4 ** eV ** mellett.
Más szóval, az akkumulátorom vagy a pad tápegységem csak nem tud elegendő energiát szolgáltatni az UV-fény létrehozásához?
Nem feltétlenül az ** eV ** nagyon kis mennyiségű energia, de ez az az energia, amelyet egyetlen kvantum sugárzásnak kell tartalmaznia ezen a sebességen.Az RF-nél spontán generálhat fotonokat csak a kondenzátorban tárolt energiából, mert ezek az átmenetek a vezető sávban lévő elektronátmenetek folyamatos spektrumában vannak.Az UV-foton előállításához átmenetre van szükséged ezzel az energiával, és belépsz az atom elektronikus diszkrét spektrumába.Az alapvető igazság ebben rejlik, hogy minden fotonhoz egy elektronváltás szükséges, hogy létezzen
TLDR;amint növeli az egy kvantumra jutó energiát, rendkívül nehézzé válik a megfelelő fotont létrehozó elektronátmenet, 4eV-nél az átmenet csak az atomban kötött elektronok használatával érhető el, RF-nél ezek az átmenetek teljesen beillenek a nem kötött ("szabad" spektrumba)egy vezető elektron.
@crasic azt hiszem, megértelek: az energia általában kisugárzik, ha egy elektron alacsonyabb energiaszintre esik;az elektronok átmenete a vezetési sávban elegendő eV-t biztosít az RF-sugárzáshoz, de az UV-sugárzáshoz az elektronok átmenetére lenne szükség a maghoz közelebb (ugye?) a szükséges 4eV biztosításához.Az olyan dolgok miatt, mint a mag szoros tartása a nem vegyértékű elektronok felett, nehéz ezeknek az átmeneteknek a kialakulása ... az áramkörök vezetői (amelyeknek az elektronjai az összes átmenetet végrehajtják) jelentik a problémát ... bármilyen hiba?
Kettő válaszokat:
metacollin
2015-10-13 07:14:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ez érdekes lehet. Ez egy spektrum-allokációs térkép, kifejezetten az Egyesült Államoké, amelyet az FCC határoz meg. A teljes rádióspektrumot lefedi.

Gyakorisági kiosztási táblázat

Zsúfolt, nem? 2011 októberétől ténylegesen kiosztottuk a teljes RF spektrumot. Valószínűleg észrevette, hogy 9 KHz-től 300 GHz-ig terjed.

Természetesen egészen lefelé terjed, de a 9 KHz alatti frekvenciákat nem célszerű használni, ezért figyelmen kívül hagyjuk őket. De miért ér véget 300 GHz-en a csúcson?

A kérdés megválaszolása egy kis összefüggést igényel. Bár megkapjuk a választ, ígérem!

1. Bambusz izzók

A 300 GHz-en felül felhagyunk az elektromágneses hullámok „rádiónak” nevezésével, és elkezdjük infravörös fénynek nevezni. Nincs alapvető különbség, a teljes elektromágneses spektrum, a rádióhullámoktól a nagy energiájú gammasugarak, ugyanannak a dolognak csak a különböző frekvenciái. Bármely elektromágneses töltéshordozó felgyorsulása esetén ilyen hullám keletkezik.

Az anyag, amelynek töltéshordozói pattognak és vibrálnak, és egyébként olyan dolgokat végeznek, amelyek mindenképpen gyorsulásnak minősülnek, elektromágneses hullámokat bocsát ki. A kibocsátott frekvenciákat az őket kibocsátó anyag hőmérséklete határozza meg. Minél hidegebb az anyag, annál lassabbak a rezgések, és alacsonyabb a frekvencia.

A legelső kereskedelmi villanykörte a bambuszt használta izzószálként. Elég jól bírta a meleget, legalábbis addig, amíg a kiváló volfrámszálakat ki nem találták. Hogyan végezhetné mind a bambusz, mind a volfrám ugyanazt a munkát a fény létrehozásában?

Valójában bárki megteheti ezt a munkát. Minden anyagból, annak fázisától függetlenül, ugyanazon a hőmérsékleten kezd szemmel láthatóan izzó lenni. Mindannyian tompa vörösnél kezdődnek, egyre inkább hasonlítanak a fehér fényre, majd fehérebbé válnak, és több kékkel. Ez a színhőmérséklet. Ez a szín számít ezen a hőmérsékleten. 2700K-nál a fényt meleg melegnek ismerjük.

A látható fény alatt ez még mindig előfordul, az emberek infravörös színnel jelennek meg, mert testhőmérsékletük miatt húsuk infravörös kibocsátást eredményez. A nagyon hideg dolgok „ragyognak” a rádióban.

Rádió, fény, röntgensugárzás, ezek nem különböznek egymástól. A szökőár és a tóban hullámzás még mindig hullámok és mindkettő víz. Így van ez az elektromágneses spektrum esetében is.

Kivéve, amikor még nem.

2. Ó, nem, a valóság nem analóg ?!

Nem. Ez nem. A valóság nem folyamatos, hanem számszerűsített. Diszkrét, minimális értékekben jelenik meg. Ez az alapja annak, amit egészünknek, a kvantumfizikának hívunk.

Az elektromágneses hullámokat fotonoknak nevezett energiacsomagokba kvantáljuk. Emiatt a hullám összes energiája egy hullámhosszra van csomagolva. Képzelje el, hogy az elektromágneses hullámok olyan hullámok, amelyek az egyik végén növekednek, de a másik végén pontosan ugyanannyit zsugorodnak, és fel-le ingadoznak, követve a szinusz hullám útját. Ez egyáltalán nem pontos leírás, de jó hasonlat.

A rövidebb hullámhossz magasabb frekvenciát jelent, ami sokkal élesebb gyorsulást jelent, és nemcsak a frekvencia növelésével nő a foton energiája, hanem csökken az energia leadásának mérete is nak nek.

3. Tartományok - most már ésszerűséggel! Ezzel a kontextussal felvértezve felosztjuk a spektrumot, ami valójában nem önkényes módon történik:
  1. Rádió. A rádióhullámok olyan nagyok, hogy energiájukat csak a töltéshordozók nagy csoportjaihoz lehet eljuttatni, amelyekről egy vezetőben úgy gondolhatunk, mintha plazmának viselkedne. Ezt látjuk az antennaként indukált áramnak - a hullám nagy számú elektronra tolódik egy vezetőben, és minél nagyobb a hullám, annál nagyobb antennára van szükséged ahhoz, hogy ésszerű nyomást kapj. Használhat kisebb antennát is, de az adott frekvencián fogható energia / jel mennyisége csökken.

  2. Távol infravörös (300GHz - 214THz). 300 GHz-en a hullámok elég kicsiek lesznek, így minden energiájukat el lehet juttatni egy bizonyos, elég nagy molekulához - nevezetesen a H2O-hoz. De az energiamennyiség túl alacsony ahhoz, hogy bármi érdekesebb dolgot meg lehessen tenni, mint forgatni vagy hőt termelni ezekben a molekulákban. A légkörünk víztartalma néhány THz elektromágneses hullámhoz olyan erősen elnyeli a 300 GHz-et, hogy légkörünk gyakorlatilag átlátszatlanná válik. Ezért a rádió 300 GHz-en végződik - még a légkör sem átlátszó, és sötét marad, amíg sokkal magasabb frekvenciákba nem jut.

  3. Infravörös (214THz - 400THz) Ez ahol a dolgok érdekessé válnak. Ennél a méretnél a molekuláris rezgés ekkora frekvenciájú elektromágneses sugárzást bocsát ki, és fordítva, ennek az elektromágneses sugárzásnak a frekvenciája elegendő energiát tartalmaz egy elég kicsi fotonba ahhoz, hogy a molekulákat vibrálni tudja. És elég kicsi is lett ahhoz, hogy a vízmolekulák közötti rések közé szoruljon, így miközben még felszívódik, nagy része képes átvészelni, és a légkör ismét átlátszóvá válik. Emlékszel a színhőmérsékletre? Mivel a molekuláris rezgés a hő egyik elsődleges összetevője, itt az anyag sugárzása sokkal értelmesebbé válik, mivel egy meleg test SOK infrát sugároz.

I befejezem a listát, mert most valami különleges dologba keveredünk.

4. Világítson az éjszakára (a medúzaival)

Látható fény (400THz - 790THz). Annak ellenére, amit korábban mondtam, a fény valójában különleges. Eddig, még infravörös állapotban is, láthatjuk, hogy a hullámok csak vékonyabbak és kölcsönhatásba lépnek az anyaggal elsősorban a méretváltozás miatt, és láthatjuk, hogy ez csak a rádióspektrum folytatása.

A fénnyel valami egészen újat kapunk. A hullámok természetesen még mindig kisebbek, de annyi energia van most egy fotonba csomagolva, hogy valami csodálatos lehet - gerjesztheti a molekulák felszíni elektronjait. Ez a gerjesztés számszerűsített - vannak olyan specifikus energiaszintek, amelyekre az elektron képes gerjeszteni. Ez az éles diszkontinuitás azt jelenti, hogy csak bizonyos elektromágneses hullámhosszak gerjeszthetik, és miután felkeltik, csak kvantált mennyiségben képes felszabadítani ezt az energiát is. Ez azt jelenti, hogy az anyag hirtelen kölcsönhatásba lép az elektromágneses hullámokkal ezen energiasávok alapján, és szelektíven kölcsönhatásba lép a hullámokkal, és ami a legfontosabb: felvehet egy hullámot gerjesztett elektron formájában, és új (vagy több) hasonló elektromágneses hullámot bocsát ki. nagyságrendű, de alacsonyabb frekvenciájú. Ez lehetővé teszi bármilyen anyag energiasávjának természetének meghatározását, és ezt színként érzékeljük. És az elektromágneses hullámok már nem lépnek kölcsönhatásba, elnyelik vagy visszaverődnek, hanem újból kibocsájtják és modulálják maguktól az anyagtól függően.

Sokkal több információ gazdag. Ehhez rádióhullámokkal passzív eszközöket kell építeni, amelyeket kizárólag rádióhullámok működtetnek, és új hullámokat kell továbbítani különböző frekvenciákon. Ez megtehető, de nagy teljesítményű radart igényel, és nagy. A fény ezt maga az anyaggal teszi. A látható tartomány nem véletlen vagy önkényes, látjuk azt a tartományt, amelyet csinálunk, mert ez az a tartomány, amely elektromágneses hullámok gerjesztik a molekuláris felszíni elektronokat.

Ha az idegen élet olyan környezetben fejlődött, ahol rendelkezésre áll a teljes spektrum, akkor a látás hasznos lenne, ha hozzánk nagyon hasonló tartományban „látnák”. Van olyan élet a földön, amely részt vesz egyáltalán fény nélküli környezetben, és nagy része fejlesztette azt a képességet, hogy annak hiányában önmagában is fényt bocsásson ki. Nem lehet környezetvédelmi szempontból, mivel nincs fény. A fizika teszi a fényt mássá és egyetemesé is.

5. Ez meghaladja a 9000-et

A látható fény felett az energiaszint veszélyesen magas lesz. Látásunk a káros fényre való áttéréssel ér véget. Az ultraibolya olyan kicsi és energikus hullámokból áll, hogy már nem izgatják az elektronokat - teljesen el tudják tépni őket. Vagy gerjeszthet mélyebb vegyértékű elektronokat az atomok külső oldalán. A vegyértéket és a molekuláris kötéseket a vegyérték elektronok okozzák, amelyek gerjesztése kölcsönhatásokat okozhat a kémiai tartományban. Az anyag elektromágneses hullámok által kémiailag megváltoztatható.

A röntgensugarakat tovább megkülönbözteti az a képesség, hogy az elektronokat még a vegyértékes elektronoknál, a mag atomi elektronjainál is mélyebben gerjeszthetik vagy leadhatják. Ez az anyag ionizálódását okozza, és ezt ionizáló sugárzásnak nevezzük.

Végül elérjük a gammasugarakat. A gammasugarakat továbbra is megkülönböztetik az a képesség, hogy gerjesztik, sőt ki is bocsátják a atommagokat . A gammasugarak olyan erősek, mint amelyek destabilizálhatják az atomokat, és új izotópokká vagy akár más elemekké alakíthatják őket. Ezen a ponton az anyag a legkisebb egységekre bontható, és nem képes ellenállni az ekkora elektromágneses hullámoknak. A halálcsillag lézere szinte minden bizonnyal nagyrészt gammasugár volt, mivel Ackbar admirális kimondja az igazságot - hogy nem képesek visszaverni az ekkora tűzhatalmat. Semmi sem képes visszataszítani a gammasugarakat. Vagy akár ellenállni nekik.

De a spektrum még mindig magasabb. A végére értünk, az utolsó megkülönböztetés. Nagy energiájú gammasugarak. Ezek olyan fotonok, amelyek annyira észbontóan energikusak, hogy részecske-antirészecske párokat hozhatnak létre. Amikor a hullám olyan erős, hogy anyagot hozhat létre, több energia csak több anyagot hoz létre. Ezzel meg kell különböztetni a hatásokat.

Tehát ez történik, ha növeli a rádióhullámok frekvenciáját. Remélem, hogy ez válaszol a kérdésére - vagy még jobb, új kérdéseket adott Önnek, amelyekre válaszokat találhat!

Nagyszerű válasz! ... most már jobban tudom az EM spektrumot, még akkor is, ha nem értem teljesen az összes mondottat ... a légkör először átlátszó, átlátszatlanná válik 0,3–214 Thz tartományban, majd átlátszóvá válikismét e tartomány felett van.Miért átlátszó a légkör az induláskor (RF tartomány), annak ellenére, hogy az adott hullámhossz nagyobb, mint a távoli IF tartományban?A vízmolekulák szelektívek csak a távoli IF tartományra?
crasic
2015-10-13 05:35:13 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Az E&M spektrum összes sugárzása alapvetően azonos. Függetlenül a frekvenciától vagy a spektrum címkétől. Az összes E&M sugárzás fotonokból áll, amelyek a térben terjednek, és oszcilláló elektromos és mágneses teret generálnak. További fizikai tény, hogy a fotonok a legtöbb „valós világban” csak akkor keletkeznek, amikor az elektronok megváltoztatják az energiaállapotokat.

enter image description here

sok foton, amelyek mindegyike szinkronban oszcillál, koherens hullám, és jellemzően amikor RF-ről, mikrohullámú sütőről, lézerekről stb. beszélünk, koherens sugárzásról beszélünk.

A diszkrét egységek (kvantumok) rádióhullámot, fénysugarat stb. alkotó energia energiája közvetlenül függ a $$ E = h \ nu $$ egyenlet által adott sugárzás frekvenciájától, ahol \ $ \ nu \ $ (nu) a frekvencia és \ $ h \ $ konstans (plancks konstans).

Amint a megjegyzésekben megállapítottuk, ez az energia (még UV-fénynél is) nem túl sok, hanem azért, hogy megfelelő energiájú fotont generáljanak , ezeknek a fotonoknak az előállításához egyetlen átmenetre van szükség ("egyetlen", az idő bizonytalanságán belül definiálva).

RF frekvenciákon az egy kvantára eső energia (átmeneti energia) nagyon kicsi. Olyan kicsi, hogy az elektromágneses elektromágneses feszültség (feszültség) használatával elegendő az elektronok fémben történő nyomása elegendő ahhoz, hogy a kívánt rádiófrekvenciás sugárzás előállításához szükséges átmenetek létrejöjjenek. Ezek az elektronok a fém "vezetési sávjában" találhatók, és folytonos spektrumuk van, így a tartományban bármilyen átmenet elérhető (nem diszkrét értékre van becsatolva). A varázslat többi része szinkronizálttá (hangolt oszcillátor) és a felület növelésére (antenna) teszi őket. Ilyen alacsony kvantum energiánál a kvantált hatások hatékonyan elhanyagolhatók, és az ilyen eszközök elemzése és kialakítása ismeretes és megalapozott a fotonok és az E&M hullámok hullámalapú jellegében.

Sokkal magasabb frekvenciákon. Az egyetlen olyan átmenet, amely kielégíti a kvantumenkénti minimális energiaigényt, egyre inkább az atom diszkrét spektrumának tartományába esik. Ez azonban nem jelenti azt, hogy a "tipikusabb" elektronikus alkatrészekkel lehetetlen. Például egy fénykibocsátó dióda a "szabad" állapotból a "kötött állapotba" való átmenetet használja a félvezetősáv résen (0,7-1eV) keresztül, hogy fotonokat hozzon létre a látható tartományban. A félvezetők nagy diszkrét átmenetekkel rendelkeznek, amelyek a kristályon és nem az atomszerkezeten alapulnak, és széles körben használják őket egyszerű fénytermelő eszközök létrehozására anélkül, hogy az atomátmenetekre támaszkodnának. A hangolási képtelenségük, a rossz koherenciájuk és a nagy energiájú sugárzás képtelensége azonban korlátozó, de egyszerű felépíteni pusztán félvezető diódák és néhány egyszerű optika segítségével.

A magasabb és magasabb frekvenciák felé közeledve kezdjen el azon gyakorlati nehézségekkel találni, hogy ellenőrizhető, hasznos forrásokat találjon a generálni kívánt energiatartomány típusához. Ha precíziós lézerforrásokat nézel, ezek tipikusan a néhány generációs mód egyikét alkalmazzák. A fantáziadús félvezető diódák szélesebb frekvenciatartományban, szerény teljesítménnyel (néhány száz mW) használhatók, és ésszerűen hangolhatóak. De az MW-szintű koherens fény előállítására szolgáló források egy teljesen más vadállat, általában egy nagyon kis hangolható tartományú fizikai közeg stimulált emisszióján, valamint a frekvenciaváltáson és az optikával végzett hangoláson, nem pedig a forrásnál (diffrakciós rácsok, frekvencia-duplázók, stb.).

krasikus A fizikában.stackexchange választ adtam a [Photonok, EM sugárzás és rádióhullámok] témájára (http://physics.stackexchange.com/questions/90646/what-is-the-relation-between-electromagnetic-wave-and-photon / 253957 # 253957) és válaszod * úgy tűnik számomra * ugyanabba az irányba mutat, nem igaz?


Ezt a kérdést és választ automatikusan lefordították angol nyelvről.Az eredeti tartalom elérhető a stackexchange oldalon, amelyet köszönünk az cc by-sa 3.0 licencért, amely alatt terjesztik.
Loading...