Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 1493 dotazů
830) Fotony a elektromagnetické záření
06. 01. 2004
Dotaz: Světlo má duální charakter - jeho nositelem je jak foton, tak elektromagnetické záření. Vlnová dálka el.mag. záření které považujeme za viditelné světlo, se pohybuje v rozmezí 700nm - 400nm. Rád bych se zeptal:
1) pokud bych dokázal vysílat na frekvenci o vlnové délce řekněme 500nm, svítila by anténa vysílače?
2) pokud ano, kde by se vzaly fotony? Vždyť jen vysílám el.mag. záření.
3) existuje foton i pro el.mag. záření které má nižší nebo vyšší vlnovou délku než viditelné světlo a to i třeba o několik řádů?
Děkuji (Tomáš Trojan)
Odpověď: 1) Pokud bys takový vysílač dokázal sestrojit, tak by zcela jistě svítil.
Problém je v tom, že nikdo takovou anténu vyrobit neumí, a to zejména
proto, že vlnová délka vysílaného záření odpovídá rozměrům vysílače.
2) Otázka "kde se v el.-mag. vlnění vezmou fotony" je zcela přirozená ale
nikdo na ní neumí uspokojivě a jasně odpovědět. Jde o pochopení toho,
čemu říkáme vlnově-částicová dualita. Bohužel (či bohudík?) pravda je
taková, že názornou představu opírající se o nějakou běžnou zkušenost si v
tomto případě udělat nejspíš nelze. Fyzikové se s tímto vyrovnávají
většinou tak, že připustí, že elektromagnetické záření se může projevovat
jako vlnění i jako tok energetických kvant (fotonů). V některých situacích
(např. při interferneci či ohybu) se projeví vlnové vlastnosti, v jiných
(fotoefekt) zase částicové. Na otázku, zda je to teď zrovna vlna nebo
částice, také odpovedět nelze. Záření má totiž obě vlastnosti současně a
je to pouze naše interpretace, že ho jednou vidíme jako vlnu a jindy jako
částice.
3) Fotony pochopitelně existují pro záření všech vlnových délek.
Pochopitelně proto, že teorie, která by tak fundamentální věc jako
kvantování el.-mag. vln připouštěla jen pro nějaký konkrétní interval
vlnových délek, by byla přinejmenším podivná. Viditelné světlo se od
el.-mag. záření jiných vlnových délek skutečně ničím neliší.
Energie jednoho fotonu závisí na vlnové délce (určitě znáš vzorec E = hf =
hc/λ). Čili čím kratší vlnová délka, tím energičtější (říká se
také tvrdší) fotony. Takové fotony se budou projevovat velmi znatelně.
Naproti tomu fotony odpovídající např. rádiovým vlnám budou tak měkké, že
jen obtížně vymyslíme nějaký experiment, při kterém se "částicovost"
záření projeví. Můžeš si snadno spočítat jejich energii a porovnat jí
třeba s typickou energií chemických reakcí na jednu molekulu.
Dotaz: Nikde na těchto stránkách jsem nenalezl nic z jednoduché fyziky pro základní
školu např čím se měří tlak? (SPetex)
Odpověď: Dobrý den! V Odpovědně a na celém FyzWebu se snažíme doplňovat to, co ve standardních učebnicích není a ne je nahrazovat. Materiály a odkazy by měly sloužit k rozšíření základních vědomostí.
K Vašemu dotazu: Tlak měříme přístroji, kterým obecně říkáme tlakoměry nebo barometry. Liší se podle toho, kde a jaký tlak jimi měříme. Podle vhodnosti můžeme použíttlakoměr kapalinový, deformační nebo měničový.
Běžně nás zajímají hodnoty atmosférického tlaku, k jejichž měření slouží
barometry. Rtuťový barometr je založen na Torricelliho pokusu
(rtuťový sloupec v U-trubici má různou výšku hladiny v
závislosti na tlaku). Je-li náplní barometru voda nebo líh, má přístroj
větší citlovost, ale menší rozsah.
Deformační manometr využívá tenkostěnnou kovovou nádobku, která se různě
deformuje v závislosti na rozdílu tlaků uvnitř nádobky a měřeného
tlaku venku. Deformace stěn nádobky se přenáší na ručku přístroje a na
stupnici odečítáme tlak. Pokud je přístroj zkonstruován tak, že měří v
oblasti atmosférického tlaku, nazýváme jej aneroid.
Měničové tlakoměry hrají důležitou roli při měření velmi nízkých
tlaků. Obsahují měnič, který převádí tlak na jinou fyzikální veličinu.
Nejčastěji se používají piezoelektrické nebo odporové měniče, které
převádějí tlak na elektrické napětí.
V běžném životě se můžeme setkat s barometry visícími na zdi, které nám
ukazují, jak se mění atmosférický tlak (stoupající tlak znamená v našich
zeměpisných souřadnicích většinou zlepšení počasí). Jsou to převážně
aneroidy. V každém autě byste měli najít manometr, kterým se přeměřuje tlak vzduchu v pneumatikách. U-trubici zase můžete vidět při výuce fyziky, kde vám ji fyzikář určitě rád ukáže. I když se to na první pohled nezdá, přístrojů na měření tlaku je kolem nás celkem dost.
Dotaz: Dobrý den, trochu jsem se zajímal o kvantovou fyziku a dočetl jsem se, že čas
podle kvantové fyziky neni spojitý, ale diskrétní. Mohli byste mi prosím
objasnit, co to znamená? Zatím jsem nikde nenašel vhodnou odpověď. (Honza)
Odpověď: V základní podobě kvantové teorie je čas spojitým parametrem, podobně jako
prostor, a tato teorie popisuje spoustu jevů přírody. Na druhé straně
fyzici skoro nikdy nejsou uspokojeni existujícími teoriemi a hledají
další, takže jsou samozřejmě i úvahy o diskrétním časoprostoru, viz
odpověď z 4. 11. 2003 "Kvantování prostoru a času".
Dotaz: Nelíbí se mi časté označování kmitočtu rozhlasových stanic typem modulace -
např. 88,8 FM Za hodnotou by správně mělo být označení jednotek, tedy 88,8 MHz.
Podle jakého pravidla či ČSN je toto stanoveno? (Petr Šimek)
Odpověď: Označení znamená to, co říkáte, tedy vysílání na 88,8 MHz, frekvenční
modulace. Mám za to, že nejde o žádný předpis, ale o zvyklost, nyní
poněkud historickou (na AM se vysílá jen na dlouhých a středních vlnách,
a tam se celkem žádný konkurenční boj neodehrává, už vzhledem k
stísněným technickým možnostem těchto frekvencí). To FM spíše připomíná,
že jde o rozhlasové vysílání (a nikoli třeba o cenu nebo jinak použitou
číslovku). Jinak ovšem vynechávání nebo zkracování jednotky tam, kde je
z kontextu jasná, je běžné a odpovídá všeobecným tendencím lidské
komunikace po stručnosti: je tam předepsaná padesátikilometrová rychlost
(=za hodinu), a on si to kalí stovkou (=kilometrů za hodinu).
Dotaz: Bigbangová teorie mimo jiné také říká, že je zbytečné zabývat se tím, co bylo
před velkým třeskem, protože nebyl čas. Podle mě si ale odporuje bigbangová
teorie vzniku vesmíru s tím, že se vesmír neustále rozpíná a pak zase
smršťuje. To by znamenalo, že nějaká hmota vybuchla, začala se rozpínat, a
začal plynout čas. Potom by gravitační síly převážily nad silou, kterou
vytvořil výbuch a urychlil hmotu, a vesmír by se začal postupně smršťovat.
Čím dál tím rychleji, až by se smrštil do malého objemu a nebyl by čas
(nekonečně hmotné těleso, podle teorie relativity nekonečně pomalé plynutí
času), potom by to teda zase bouchlo a čas by zase byl? Problém je v tom, že
když by čas v tu chvíli kdy je vesmír nejmenší nebyl, tak by nebyl po
nekonečné dlouhou dobu, takže už by nikdy nebylo nic...
Díky za odpověď.
(Antonin Kus)
Odpověď: Dobrý den!
Teorie velkého třesku jistě nezakazuje ptát se, co bylo na "počátku
existence" (námi pozorovaného) vesmíru. Problém spočívá spíše v tom, že
na základě současných obecně přijímaných fyzikálních teorii nelze na
takovou otázku seriózně odpovědět. Anebo ještě přesněji: existují různé
obecné návrhy, ale všeobecná shoda nepanuje a popravdě řečeno zatím ani
panovat nemůže.
Také se nyní spíše zdá, že ve skutečnosti NEŽIJEME v "oscilujícím"
vesmíru, na jehož počátku byl velký třesk, který se nyní rozpíná, pak se
jeho rozpínání zastaví, začne se opět smršťovat až vše skončí ve velké
singularitě, velkém krachu. Podle zcela nedávných měření supernov a
nezávislých měření reliktního záření sondou WMAP se vesmír nejspíše bude
rozpínat navždy, a to dokonce čím dál tím rychleji. Žádný závěrečný
velký krach tedy naše potomky nejspíše nečeká.
Vás ale pravděpodobně více zajímá problém, jak se může z bezčasí a
bezprostoří vynořit reálný vesmír obdařený jednou časovou a několika
prostorovými rozměry. To je samozřejmě těžká otázka a v rámci našich
obvyklých představ o světě zní velmi paradoxně. Na druhou stranu,
fyzikové si už dávno zvyklí, že některé věci a procesy na první pohled
paradoxní jsou ve skutečnosti možné, ba dokonce zcela běžné, a to
především v mikrosvětě. Například miniaturní objekt se může
"nacházet" na mnoha místech současně, může se někdy projevovat jako vlna a jindy
naopak jako částice atd. Pomocí kvantové teorie je přitom možné tyto
jevy dobře popsat a studovat (i když, pravda, asi ne beze zbytku
"pochopit" obvyklým uvažováním).
A právě existence kvantových efektů chování prostoru a času v těch
naprosto nejmenších měřítkách je všeobecně považována za možnou cestu,
jíž by se někdy v budoucnu mohlo vědcům podařit objasnit vznik časového
vesmíru z "bezčasí". Věc je ale prozatím nejistá, neboť dosud nebyla
vytvořena konzistentní kvantová teorie prostoročasu, neboli dosud nemáme
kvantovou teorii gravitace.
