Longitud de onda y penetración por radiación EM

Siendo un comentario demasiado corto para este tema, escribo una respuesta, con la premisa necesaria de que se trata solo de esta observación (por lo que no podría ser una respuesta completa a su publicación):

Calculo que tenemos que reducir la potencia del emisor a medida que acortamos la longitud de onda, corrígeme si me equivoco.

Debe hacerse una clara distinción entre

• Un tema de Mecánica Cuántica: fotones. Cada uno de ellos representa un cuanto de energía,$E = h \nu$Joules, si el campo electromagnético es una onda sinusoidal con frecuencia$\nu$. El campo electromagnético observado es un flujo continuo de estos cuantos. En otras palabras, cuando se observa una onda electromagnética, es como si todos sus fotones estuvieran pegados entre sí.
• Un tema de la teoría clásica de Maxwell: la energía. La energía "global" transportada por un campo electromagnético generalmente se denota como$u = \frac{1}{2} \epsilon | \mathbf{E} |^2$(Julios por unidad de volumen). Deje que una onda electromagnética atraviese un cierto volumen$V$del espacio tridimensional: si pudiera absorber toda la energía entregada por la onda electromagnética en el volumen$V$, tú absorberías$u \cdot V$Julios de energía.

Los fotones se refieren a cómo se entrega la energía electromagnética: se entrega mediante "partículas" separadas (fragmentos) llamadas fotones, cada uno de los cuales lleva una cantidad$h \nu$de energía. Cuando absorbes energía del campo electromagnético, solo puedes absorber un múltiplo entero de$h \nu$Joules por tiempo , porque solo puede reunir una cantidad discreta de fotones.

Cuando en cambio evalúas la amplitud del campo$| \mathbf{E} |$, te refieres a todo el conjunto de fotones que estás recibiendo, con sus propiedades globales . No le interesa la granularidad de esta energía (el "cuanto" mínimo de energía que puede absorber), sino el comportamiento de toda la onda representada por el campo. Esta onda es capaz de llenar un volumen$V$con una cantidad global de energía$u \cdot V$Joules (usted puede saber que esta cantidad$u \cdot V$está siendo llevado allí por fragmentos de$h \nu$Joules, pero ahora no te interesa esto).

La energía mundial$u = \frac{1}{2} \epsilon | \mathbf{E} |^2$se trata de la cantidad de fotones que se entregan,$E = h \nu$se trata de la cantidad de energía transportada por un solo fotón. Si desea una cantidad de$A$Joules de energía, se puede obtener con una gran cantidad de fotones de baja energía (por lo tanto, baja frecuencia), o con una pequeña cantidad de fotones de alta energía (alta frecuencia). Pero la cantidad final de energía siempre será$A$Julios.

Entonces, sí, un campo electromagnético con un gran$| \mathbf{E} |$es como una "cuerda" que tiene una gran vibración: puede entregar una gran cantidad de energía. Cuando evalúas la energía global de la onda, no te preguntas cuán grandes son sus fragmentos: solo te importa su suma final.

Una vibración de alta frecuencia es más energética sólo en el sentido de que sus fragmentos de energía, los fotones , son más grandes.

Suponga que puede generar dos campos:

• un campo sinusoidal a frecuencia$\nu_1$;
• un campo sinusoidal a frecuencia$\nu_2 \gg \nu_1$.

Quieres llenar con ellos el volumen$V$con una energía global

Esto se logra solo si ambos campos, independientemente de la frecuencia y, por lo tanto , independientemente de cuán energéticos sean sus fotones , tienen una amplitud al cuadrado.

Lo siento si fue largo, espero que de todos modos haya sido un poco útil.

Edición 1 : todas sus preguntas son muy buenas y absolutamente lícitas, pero creo que esta discusión tendría más sentido con un conocimiento básico de electromagnetismo. Puedes empezar con la ley de Coulomb . Si bien estos conceptos no eliminarán sus dudas, lo harán más capaz de lidiar con ellas, también en lo que respecta al documento vinculado .

Los fotones del segundo campo [en frecuencia ]$v_2$son, sin embargo, "más grandes" como dijiste. Voluntad$v_2$llevar mas energia?

No, porque la energía global dentro del volumen$V$es$u_{\mathrm{desired}} \cdot V$. El número de fotones dentro del volumen.$V$es tal que la suma de sus energías individuales es$u_{\mathrm{desired}} \cdot V$: esto es independiente de su frecuencia y puede ocurrir tanto para el campo como para la frecuencia$\nu_1$y el campo a la frecuencia$\nu_2$. Lo que sí cambia es, en cambio, el número de fotones. El campo en frecuencia$\nu_1$tendrá que enviar dentro del volumen$V$ más fotones que el campo en frecuencia$\nu_2$para llegar a la misma cantidad de energía$u_{\mathrm{desired}} \cdot V$, porque cada uno de los fotones a la frecuencia$\nu_1$transportan menos energía que los fotones a la frecuencia$\nu_2$. Pero la energía global en ambos casos es$u_{\mathrm{desired}} \cdot V$. Y este es un resultado esperado, no raro en este caso.

Edición 2 y descargo de responsabilidad: estos conceptos son extremadamente más complejos que esta descripción trivial, ingenua y elemental. El lenguaje aquí utilizado sólo pretende facilitar la comprensión: no es ni riguroso ni exhaustivo y no pretende ser una representación de la Mecánica Cuántica de este problema. Esta respuesta solo tiene como objetivo utilizar un lenguaje adecuado y cualitativo para el OP.

Edición 3 : esta respuesta y la pregunta original han sido rechazadas. Esto es cuando

la publicación contiene información incorrecta, está mal investigada o no comunica información

Junto con el OP, estamos haciendo todo lo posible para abordar una pregunta legítima y significativa. Si se diera alguna pista sobre lo que podemos mejorar aún más, podría ser útil.

La luz visible tiene una longitud de onda de 400-700nm.

Los rayos gamma tienen una longitud de onda de 10^-12m.

En la visión clásica, una superficie será reflectante si es lo suficientemente suave y si la longitud de onda es mucho mayor que la estructura molecular y atómica. En este caso, para la luz visible, los átomos son mucho más pequeños que la longitud de onda y, por lo tanto, para la luz visible, la superficie se ve suave. Por lo tanto, se puede modelar de forma clásica y, según el material, la luz puede ser:

1. absorbido,

2. reflejado decoherentemente por muchas fuentes puntuales

3. reflejado coherentemente en la dispersión elástica (espejo)

Cuando toma rayos gamma, debe usar el nivel micro y QM, porque si intenta ver en el nivel micro si la superficie aún es suave para longitudes de onda de 10 ^ -12 m, verá que no es suave.

Por lo tanto, no se puede modelar de forma clásica y debe usar QM para rayos gamma.

El espacio entre los átomos es de unas pocas décimas de nanómetro, por lo que para la luz visible (400-700nm), parecerá suave.

Pero para los rayos gamma, clásicamente, verán principalmente espacio vacío entre los átomos. Es por eso que las frecuencias más altas entran en el material, porque ven el espacio vacío.

Entonces, debe usar QM y el principio de incertidumbre de Heisenberg, los fotones de rayos gamma verán el espacio vacío.

Este resumen, particularmente el cuadro a continuación, responde de manera esclarecedora a su pregunta:

Interacción de la radiación con la materia.

PS publicado como una respuesta en lugar de un comentario para preservar el cuadro anterior en caso de que se rompa el enlace.

Los rayos gamma son mucho más penetrantes que los rayos alfa y beta. Sin embargo, no penetran muy profundamente en los materiales en comparación con los rayos ópticos. Esto se debe a que dispersarán electrones de manera inelástica. Penetran más profundamente en los metales que los rayos ópticos, que son detenidos por el fenómeno de oscilación del plasma. Los rayos gamma pierden la mitad de su poder en el plomo después de solo un cm o menos. Por supuesto, para una fuente gamma muy intensa se necesita una capa gruesa de plomo para reducir la intensidad al nivel seguro muy bajo.