y están en los extremos opuestos del espectro electromagnético, entonces ¿por qué la luz no puede viajar a través de las paredes que están justo en el medio del espectro?
Esta pregunta ya se ha hecho aquí . Sin embargo, no estoy del todo satisfecho con la respuesta dada en esa página que se basa en analogías fantasiosas y metáforas de hormigas, elefantes, etc. Estoy buscando una mejor explicación.
Creo que el quid de la cuestión, y mi dilema, se relaciona con la fórmula para la profundidad de penetración . Esta es una fórmula bien conocida que se usa para explicar el hecho de que las ondas de baja frecuencia tienen más penetración que las ondas de alta frecuencia.
Pero entonces, ¿cómo es que las ondas gamma tienen una penetración tan alta?
¿Hay algunas suposiciones detrás de la derivación de esta fórmula que se rompen cuando consideramos ondas de muy alta frecuencia?
¿O hay algunos factores nuevos que deben tenerse en cuenta a medida que avanzamos hacia el régimen de alta frecuencia?
Si se le da una fuente de radio y una fuente gamma de igual intensidad, ¿tendrá la fuente de radio más penetrabilidad que la fuente gamma por fórmula para la profundidad de penetración ? ¿Si no, porque no?
Gracias por todos aquellos que publicaron respuestas a esta pregunta. La respuesta que se propone es que las ondas de luz tienen la energía adecuada para interactuar con los átomos y los electrones de la materia y, por lo tanto, ser absorbidas. Esta es una explicación mecánica cuántica. La profundidad de la piel, por otro lado, se deriva puramente sobre la base de la electrodinámica clásica. ¿Entonces veo que hay dos mecanismos en el trabajo aquí? alguien esta de acuerdo con esto? Si es así, la absorción neta será la suma de la absorción por efecto pelicular + la absorción por física atómica. Ahora bien, si tomamos rayos gamma, de acuerdo, no habrá absorción debido a la física atómica, pero debería haber absorción de acuerdo con el efecto de la piel. Y así vuelvo al problema original.
Los fotones interactúan con la materia si la materia ofrece transiciones cuánticas que igualan, o casi igualan, la energía del fotón en el marco de inercia de la materia. La materia ordinaria como la madera, la piedra, etc. ofrece varios grupos de posibles transiciones cuánticas.
Las microondas tienen una energía tan baja que no pueden hacer mucho, aunque pueden excitar algunos tipos de vibraciones en moléculas más grandes y flexibles; sin embargo, cualquier tipo de molécula que pueda describirse como "flexible" probablemente no sea buena para los materiales de construcción. Los modos de rotación no son posibles en un material fuerte hecho de polímeros o silicatos reticulados. Entonces, la mayoría de las microondas vuelan directamente.
La luz visible e infrarroja cercana puede enviar electrones a orbitales moleculares superiores. Incluso si las energías no coinciden, simplemente cerca, hay interacción, ya que Heisenberg les permite engañar temporalmente. Además, al tener más energía, los fotones de luz visible pueden provocar una mayor variedad de modos de vibración. No hay nada en los materiales comunes de las paredes que lo impida y, de hecho, la interacción con los fotones es tan fuerte que el material, si no es súper delgado (micras), será opaco. Por supuesto, el vidrio es una excepción.
Los rayos gamma son de una frecuencia tan alta que los electrones (o iones, o los extremos polarizados de las moléculas) no pueden seguir el ritmo debido a la inercia, por lo que no hay interacción, o solo un poco. En las frecuencias correctas, los fotones gamma pueden interactuar con los núcleos, pero para una fuente de gammas elegida al azar, es poco probable que sus fotones coincidan lo suficientemente cerca con cualquiera de las excitaciones nucleares disponibles, y realmente no pueden hacer mucho a nivel molecular, por lo tanto , el material es casi transparente.
Todo esto es tan simplificado...
La explicación antropocéntrica es que si los rayos de luz visibles pudieran atravesar la madera o el yeso, no construiríamos paredes con madera o yeso.
Creo que este también es un caso de que "todo lo demás es igual" no es igual. A una frecuencia lo suficientemente baja, las ondas de radio penetrarán un espesor de plomo prácticamente arbitrario ( efecto piel ), porque las ondas de radio tienen una energía lo suficientemente baja (en el sentido de la fórmula de Planck) como para excitar electrones al unísono e inducir corrientes sin ser absorbidas/dispersadas. (la energía que transfieren temporalmente al metal se devuelve por inducción).
Por otro lado, 1 cm de plomo detendrá bastante los rayos gamma, porque los rayos gamma tienen suficiente energía para llenar los niveles de energía en el material, y algo más. Esto se puede afirmar de otra manera al observar la sección transversal de dispersión de los rayos gamma que interactúan con los átomos de plomo.
Ahora, en algún lugar en el medio del espectro se encuentra la luz visible, y es informativo preguntar por qué la luz visible penetrará en algunos materiales y no en otros. De nuevo, la respuesta es (casi) la misma. Un material como el plomo tiene niveles de energía desocupados (electrones) que son los correctos, de modo que si la luz visible incide sobre el material, los electrones pueden promoverse a estos niveles si la luz es absorbida. Un material como el vidrio tiene una gran "brecha" o ausencia de niveles de energía, por lo que los electrones deben adquirir mucha más energía antes de que puedan poblar estos niveles. Si no adquieren suficiente energía para entrar en estos niveles, simplemente no absorberán la energía. Si lo hacen, lo harán (razón por la cual el vidrio es en gran parte opaco a la luz ultravioleta).
Lo único que realmente hace que las diferentes partes del espectro electromagnético se comporten de manera diferente es la disponibilidad de niveles de energía en la mayoría de los materiales. Las ondas de radio y las microondas y el infrarrojo lejano y similares no tienen suficiente energía para excitar los niveles de energía atómica (sin embargo, pueden excitar los niveles de energía vibratoria). El infrarrojo cercano y la luz visible pueden excitar los niveles de energía atómica, mientras que los rayos UV y los rayos X pueden ionizar los átomos. Los rayos X tienen suficiente energía para causar daño estructural (cinético) más allá de la ionización, mientras que los rayos gamma pueden dividir los núcleos.
Un electrón de alta energía puede atravesar una pared. Una excavadora puede atravesar una pared.
Pero un perro pequeño no puede atravesar una pared.
La misma diferencia.
Además, las ondas de radio no pueden atravesar una pared de metal, solo una pared hecha de un aislante.
Los rayos gamma que atraviesan una pared dañan la pared a escala microscópica, como una excavadora. La luz tiene una energía lo suficientemente alta como para "rebotar" incluso en un aislante (las ondas de radio "rebotan" en las paredes de metal).
RMC