¿Por qué una carga acelerada irradia energía?

Emite luz, porque "agita" el campo electromagnético. Para entender esto, simplemente sumerja su dedo en un estanque tranquilo y muévalo en círculos. Las ondas de agua emanarán de su dedo. Estas ondas tienen energía, lo que significa que te están quitando energía. Lo mismo ocurre con los cargos.

De hecho, esto se sigue casi automáticamente de la velocidad finita de propagación de la luz. El campo eléctrico de una carga estacionaria obedece la ley de Coulomb. Si la carga comienza a moverse repentinamente, el campo ya no obedecerá la ley de Coulomb, pero no puede cambiar instantáneamente en todas partes debido a la velocidad de propagación finita. En cambio, una "onda de choque" de información sale de la carga a gran velocidad.$c$. Esta onda de choque contiene energía electromagnética y viaja a la velocidad de la luz: es luz.

Una carga acelerada irradia energía porque, según las ecuaciones de Maxwell, produce una onda electromagnética.

¿Qué tipo de energía irradiaría cuando se acelera y por qué?

Además de la energía cinética, el sistema electrón-núcleo también tiene energía almacenada en el campo eléctrico entre el electrón y el núcleo cargado positivamente.

Desde mi comprensión del movimiento circular, si el electrón está en movimiento circular, entonces la fuerza centrípeta que actúa sobre el electrón solo cambia la dirección del electrón y no su velocidad lineal. Y por lo tanto, la energía cinética del electrón debe permanecer constante.

Podríamos especular que la energía cinética del electrón permanecería constante, si no radiara. Pero todo el argumento de Bohr era que el electrón perdería su órbita, es decir, perdería su energía cinética porque radiaría si orbitara alrededor del átomo.

Por lo tanto, si la energía que irradia la carga no debe provenir de la energía cinética, ¿qué tipo de energía irradiaría cuando se acelerara y por qué?

Basado en el argumento anterior, Bohr, presumiblemente, estaba pensando que la energía de radiación provendría de la energía cinética del electrón. Esta premisa está respaldada por una observación a nivel macro de que un electrón que gira en un campo magnético uniforme pierde gradualmente su energía y desciende en espiral.

El electrón irradia energía electromagnética y la irradia porque se acelera. El tipo de radiación asociada específicamente con el movimiento circular, es decir, debido a la aceleración centrípeta, se conoce como radiación de sincrotrón, porque se produce en sincrotrones y otros aceleradores de partículas circulares y se considera un inconveniente debido a la pérdida de energía asociada a la radiación. .

El poder de radiación de una partícula cargada debido a su aceleración se cuantifica mediante la fórmula de Larmor:

$P=\frac {q^2a^2} {6\pi\epsilon_0 c^3},$

dónde$a$es la aceleración de una partícula. Se pueden encontrar más detalles relacionados con la radiación debida al movimiento circular en este artículo de Wikipedia .

¿Por qué los electrones orbitales no caen en el núcleo cuando se mueven con aceleración? La relación de Larmor generalmente se usa para calcular la fuerza relevante, pero solo tiene sentido para la aceleración en la dirección del movimiento. Las órbitas solo tienen aceleración centrífuga, que es perpendicular al movimiento, por lo que la relación de Larmor no se aplica a ellas. La energía emitida por los orbitales es despreciable y ¿se reemplaza por la interacción con el campo electromagnético del átomo?

El modelo del átomo de Bohr resuelve un problema inexistente. Pero este modelo abrió la puerta a una tierra sin retorno; Cuántos científicos están fascinados por la "belleza de esta tierra"?

Desde mi comprensión del movimiento circular, si el electrón está en movimiento circular, entonces la fuerza centrípeta que actúa sobre el electrón solo cambia la dirección del electrón y no su velocidad lineal. Y por lo tanto, la energía cinética del electrón debe permanecer constante.

Estando en el lugar del electrón moviéndose alrededor de un núcleo, sentirás una fuerza como en un carrusel. La fuerza lo arrastra hacia afuera, sin embargo, si se corta la conexión con el carrusel, vuela tangencialmente alejándose del círculo de giro. Al sentir una fuerza, estás bajo aceleración y, por lo tanto, un movimiento circular (excepto el movimiento en el espacio libre alrededor de un cuerpo masivo) es una aceleración.

Para hacerlo aún más visible, si está sentado en un automóvil con los ojos vendados y el conductor acelera o gira a la derecha o a la izquierda, puede decidir entre esta aceleración y los giros. Pero, si durante su viaje su asiento de automóvil girará 90°, llamará a los giros falsamente aceleración y frenado; y las aceleraciones las sentirás como los giros. En realidad, con los ojos vendados, ya no puedes seguir tus experiencias y el movimiento circular no es decidible a partir de la aceleración lineal.

Pero, ¿por qué una carga irradia energía cuando se acelera?

Lo que mencionas se descubrió cuando los electrones se mueven en un campo magnético. En el caso de que la trayectoria del electrón sea perpendicular al campo magnético, el electrón realiza un giro perpendicular tanto al campo magnético como a la dirección de su movimiento. Se observó que esta vez el electrón emite fotones y su energía cinética disminuye. La trayectoria del electrón se convierte en una trayectoria en espiral hasta que la energía cinética se convierte completamente en radiación y el electrón se detiene en el centro de la trayectoria en espiral.

No hay cuerda ni campo magnético en el caso del núcleo y el electrón; el electrón simplemente no podía girar alrededor del núcleo y el modelo de Bohr fue descartado.