Un escenario experimental de Feynman para medir la radiación.

Estoy leyendo las famosas Conferencias Feynman, Volumen I , la sección sobre radiación electromagnética. Después de definir qué es la radiación (la parte del campo eléctrico inducida por la aceleración de una partícula cargada), describe un experimento para medir esta parte del campo/la radiación.

Esencialmente, la radiación es inducida por dos cables donde los electrones se mueven hacia arriba y hacia abajo, y se usa una construcción similar para medir la radiación:

instrumento para detectar un campo eléctrico, y el instrumento que usamos es el mismo: un par de cables como A y B ! Si se aplica un campo eléctrico a un dispositivo de este tipo, producirá una fuerza que empujará los electrones hacia arriba en ambos cables o hacia abajo en ambos cables. Esta señal se detecta por medio de un rectificador montado entre A y B , y un alambre diminuto y fino lleva la información a un amplificador, donde se amplifica para que podamos escuchar el tono de audiofrecuencia con el que se modula la radiofrecuencia. [...]

Para la configuración, consulte la imagen en la fuente vinculada. Luego explica lo que sucede cuando alineamos el dispositivo de medición con el campo:

[...] En segundo lugar, la fórmula dice que el campo eléctrico debe ser perpendicular a r y en el plano de GRAMO y r ; entonces si ponemos D en 1 pero giralo 90 ∘ , no deberíamos tener señal. [...]

De acuerdo, esto parece de alguna manera ideal para asumir que el dispositivo de medición solo mide el movimiento de acuerdo con la alineación de los dos cables. Pero, ¿es esto factible? Los cables también tienen algo de grosor, y creo que aún se mueven electrones si giramos el dispositivo D como se describe, pero perpendicular a cómo están dispuestos los cables, por lo que el dispositivo de medición debería medir algo. ¿O podría arreglarse que este movimiento no provoque ninguna respuesta?

Espero haberlo entendido correctamente, pero ¿alguien podría explicar si, cuando mi comprensión es correcta, se podría construir un dispositivo de medición de este tipo? Tampoco estoy seguro de lo que quiere decir el profesor Feynman con el rectificador que mide el movimiento de los electrones.

Respuestas (2)

Habrá una pequeña señal cuando se gire el aparato: digamos que la antena (porque eso es lo que es) tiene 1 m de largo y la frecuencia es aproximadamente lo que permitiría que un electrón vaya de un extremo al otro durante una media oscilación. Si gira el aparato, la distancia que puede viajar el electrón es, digamos, 1 mm: el diámetro del cable. Recorrerá eso en muy poco tiempo, que será una pequeña parte de la media oscilación, y se pegará a la pared, por así decirlo: no podrá ir más allá. A medida que más y más electrones hagan eso, establecerán un campo opuesto al campo de radiación y cuando ese campo sea igual en magnitud al campo de radiación, no se moverán más electrones durante el resto de esa media oscilación. Entonces, en lugar de tener un movimiento sinusoidal para los electrones que se mueven de un lado a otro (como ocurre en el caso normal), tendrá una sinusoide con la mayor parte del pico cortado: los electrones se moverán un poquito y luego se atascarán. Cuando el campo de radiación se invierta, se moverán en la dirección opuesta y se atascarán. La señal no será cero, pero será muy pequeña en comparación con la sinusoide completa que se obtiene cuando el aparato no se gira.

Nick, estoy muy de acuerdo. ¿ Y los fotones emitidos no deberían ser de una longitud de onda diferente a la longitud de onda de la onda de radio ? Pregunto porque esto no se entiende bien. Las ondas de radio son impulsadas por una emisión de fotones inducida por un generador de ondas.

Aquí hay una buena animación que ilustra lo que sucede si un campo eléctrico oscilante polarizado plano entrante incide en una antena dipolo.
Los electrones en la antena dipolo se ven obligados a oscilar y, por lo tanto, se desarrolla un voltaje alterno a través de la resistencia.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Si la longitud del dipolo se elige correctamente, la longitud está relacionada con la longitud de onda del campo eléctrico, hay un efecto de resonancia y, por lo tanto, la corriente alterna a través de la resistencia puede ser lo suficientemente grande como para ser detectada.
El diagrama animado intenta mostrar esto al producir lo que parece una onda estacionaria en la antena. Ahora puede imaginar que colocar un diodo en lugar de, o en serie con, la resistencia como sugiere Feynman producirá una corriente/voltaje unidireccional que podría amplificarse.
En la práctica, se puede mejorar la disposición asegurándose primero de que se transfiera la mayor cantidad de energía posible desde la antena al circuito de detección mediante un diseño cuidadoso del circuito de detección que luego contendrá el diodo.

Ahora rota el campo eléctrico a través de 90 ∘ y habrá un voltaje oscilante a través de un diámetro del cable pero su magnitud será considerablemente menor que con el campo eléctrico en el mismo plano que la antena.
Como señaló Feynman, esto dará una lectura cero al final del detector.

Ha sugerido rotar el circuito del detector para que se pueda medir el voltaje a través de un diámetro del cable.
Incluso si tuviera un circuito de detección de este tipo, debido a que el diámetro de la antena sería muy diferente de la longitud de onda del campo eléctrico, la amplitud de la oscilación forzada de las elecciones sería muy pequeña, lo que llevaría a detectar un voltaje mínimo.

Un escenario experimental de Feynman para medir la radiación.
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