¿Existen las ondas electromagnéticas en un horno como onda estacionaria?

Answer 1

No son los electrones los que absorben energía en cantidades discretas lo que hace el truco, son las ondas estacionarias en el espacio que hacen eso.

Supongamos una cavidad cúbica por simplicidad. Luego, en cada una de las tres direcciones hay un patrón de ondas estacionarias (o “modos”) similares a las de una cuerda:

Clásicamente, la energía en cada uno de los modos es proporcional al cuadrado de la amplitud. Por lo tanto, de acuerdo con el teorema de equipamiento de las estadísticas clásicas, si la luz está en equilibrio térmico con las paredes, debe haber [math] k_BT [/ math] de energía en cada modo, donde [math] k_B [/ math] es la constante de Boltzmann y [math] T [/ math] es temperatura.

Y este argumento realmente funciona hasta cierto punto. Si calcula las longitudes de onda de los distintos modos y permite una energía constante para cada uno, terminará con la ley de Rayleigh-Jeans, que resulta ser una buena aproximación para longitudes de onda largas (o bajas frecuencias), básicamente el extremo infrarrojo de el espectro.

Pero como hay un número infinito de modos con frecuencias más altas y más altas, la predicción es que la intensidad sigue subiendo con frecuencia indefinidamente, para una energía total infinita. Esta es la famosa catástrofe ultravioleta.

Resulta que la solución es suponer que la energía en cada modo está cuantificada, es decir, solo puede tomar valores discretos particulares. Más específicamente, en este caso, desea que las energías permitidas de cada modo estén igualmente espaciadas por una cantidad que sea proporcional a la frecuencia: [math] E = nhf [/ math], donde [math] n [/ math] es un número entero , [math] h [/ math] es una constante, ahora llamada Planck, y [math] f [/ math] es la frecuencia. Para bajas frecuencias esto no hace ninguna diferencia. El espaciado de los niveles, [math] hf [/ math] es una pequeña fracción de la térmica, por lo que [math] n [/ math] puede cambiar fácilmente para hacer [math] nhf [/ math] aproximadamente [math] k_BT [/ mates].

Pero en las frecuencias altas, [math] k_BT [/ math] es pequeño comparado incluso con el nivel cuántico más bajo. Por lo tanto, es poco probable que la pared tenga suficiente fluctuación estadística por encima de su energía promedio para elevar un modo al primer estado excitado. Es decir, los modos correspondientes a las frecuencias UV casi nunca se excitan.

Teniendo en cuenta esto, obtienes http://en.wikipedia.org/wiki/Pla… que resulta funcionar perfectamente, siempre que http://en.wikipedia.org/wiki/Pla… tenga el valor h = 6.626E- 34.

Answer 2

No habría ondas estacionarias físicas en un horno de grafito real porque sus paredes absorbentes no forman una cavidad óptica resonante.

Pero los modos de onda estacionaria pueden usarse formalmente para describir la luz que se encuentra en una cavidad del cuerpo negro, y un horno de grafito se aproximaría a un cuerpo negro cuando la radiación en el interior está en equilibrio con sus paredes de grafito.

Planck derivó su fórmula para la radiación emitida por un cuerpo negro ideal al modelar el material de la cavidad del cuerpo negro como partículas cargadas que sufren una simple oscilación armónica (resonadores genéricos) y, en consecuencia, absorben y emiten radiación electromagnética. Luego introdujo la hipótesis cuántica, que llamó una suposición “puramente formal”, de que estos osciladores en el material del cuerpo negro estaban limitados a oscilar a energías discretas, lo que él llamó “elementos de energía”.

Planck no cuantificó la radiación en sí misma (que vino más tarde, con Einstein). De hecho, Planck mantuvo la validez de la teoría electromagnética clásica (es decir, las energías continuas) en el espacio de la cavidad en sí, y cuantificó solo las energías de los resonadores materiales.

Planck inicialmente no le dio a su hipótesis cuántica una interpretación física. Lo caracterizó como un mero supuesto formal cuyo significado físico aún no estaba del todo claro. De hecho, la naturaleza de la estructura atómica aún no se conocía en 1900, por lo que es comprensible que hubiera sido cauteloso al darle un significado físico.

Con respecto a las ondas estacionarias en un horno, un horno de grafito real tiene paredes ásperas y absorbentes, por lo que no formaría una cavidad óptica resonante y en realidad no habría ondas estacionarias. Pero las ondas estacionarias pueden usarse formalmente para describir la luz que se encuentra en una cavidad del cuerpo negro, y tal horno es un cuerpo negro cuando la radiación en el interior está en equilibrio con las paredes de grafito, es decir, cuando la radiación emitida desde las paredes porque está caliente Equilibra la radiación que absorben desde el interior de la cavidad. A temperaturas más altas, la energía promedio de ambos es más alta, por lo que la longitud de onda dominante de la luz en la cavidad se acorta.

Answer 3

Bueno, para aclarar las cosas: si alguna sustancia tiene solo niveles de energía discretos, entonces no puede absorber ni emitir radiación que no se ajuste a alguna transición entre esos niveles, y en consecuencia no es un cuerpo negro (el cuerpo negro absorbe toda la radiación sin importar la frecuencia) . Para tener un cuerpo negro, debe tener algo que pueda absorber o emitir una frecuencia arbitraria, por lo que su espectro de energía debe ser continuo, o al menos los niveles de energía deben estar muy cerca uno del otro, para que sea efectivamente continuo. Puede ser, por ejemplo, electrones en una red cristalina, de vibración de la red cristalina misma.

Ahora no estoy seguro de si eso es lo que estás preguntando. Si se pregunta cómo Planck explicó el espectro del cuerpo negro al suponer que la energía viene en paquetes – cuantos, entonces es una historia diferente y realmente no tiene nada que ver con los electrones que emiten o absorben la radiación específicamente, sino con las propiedades de la radiación en sí.

Answer 4

Usted está agregando energía usando microondas, que calientan el sistema, y ​​las emisiones están de acuerdo con el espectro de Planck a la temperatura adecuada. No es más misterioso que la razón por la que sus manos se calientan cuando las frotan vigorosamente, o la razón por la que puede hacer un fuego incandescente al frotar las varillas: la frotación produce calor y la temperatura aumenta, y el sistema de alta temperatura emite luz.

Answer 5

No puedes mantener fotones en un horno. Se mueven a la velocidad de la luz, por lo que golpearán las paredes del horno en unos pocos nanosegundos.

No importa lo que uses para calentar el horno. Cuanto más caliente esté, más radiación electromagnética emitirá y más de esa radiación será de longitudes de onda más cortas.

Answer 6

No, las paredes de un horno no son lo suficientemente suaves o reflectantes para permitir que la radiación infrarroja forme ondas estacionarias.

Answer 7

Muy poco probable, ya que el interior de un horno está lleno de gas quemado. Hay un flujo complejo de gas, con frentes de llama que se mueven en muchas direcciones, y la luz se emite en todas direcciones, de manera incoherente.

¿Qué tan probable sería que la luz formara ondas estacionarias en estas circunstancias? Me parece que sería muy improbable.

Se necesita algo de esfuerzo para crear patrones de ondas estacionarias con luz … las cosas deben estar mucho más organizadas que en un horno.