Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 27 dotazů obsahujících »fotonů«
22) Fyzikální podstata plamene,...
09. 07. 2002
Dotaz: 1. Co je to z fyzikálního hlediska vlastně plamen.
2. četl jsem o zrychlení světa je to pravda, a jak se dá zrychlit?
3. a dále jsem nedávno četl, že se povedlo přenést jakousi hmotnou věc laserovým paprskem.-něco jako ze star trek je to možné,pokud ano,na jakém principu
4. prý existuje kyslík O4 jaké má vlastnosti, jak vzniká, dá se dýchat,způsobuje nějaké jevy?
(marek)
Odpověď: 1. Podstatou
plamene je plasma (nízkoteplotní), tedy částečně
ionizovaný plyn. Vzniká tím, že chemickou reakcí (hořením)
se vzniklé plyny (proto hořící hliník nemá plamen, Al2O3
je při dosažených teplotách stále tuhý) dostatečně
zahřejí natolik, aby došlo k ionizaci - tj. roztržení
molekuly (jako celek neutrální) na nabité částice. 2. Nejspíš jste četl o světelných jevech v
hmotném prostředí, kde se světlo šíří rychlostí menší
než (legendárních) c=299 792 458 m/s. Cokoliv by mohlo
přenést informaci, se nemůže pohybovat rychlostí větší
než c, ledaže bychom přispustili, že příčina může nastat
později, než důsledek. "Nepřekročitelnost rychlosti
světla" je totiž nikoli vlastnost světla, ale vlastnost
prostoročasu, ve kterém žijeme. 3. Těžko říci, nevím, co máte na mysli.
Ale: 1) Světlo můžete nahlížet jako proud fotonů,
majících svou energii a tedy i hmotnost. 2) "Laserová
pinseta" je známa a používá se i v praxi. 4. Pokud je mi známo z mých chlapeckých let,
vedle obyčejného kyslíku O2 a ozonu O3
byla za vysokých tlaků zjištěna i spektra poukazující na
molekuly O4. Ani bych se tomu nedivil, ale moc velký
význam bych tomu zase nepřikládal. Dýchat se nedá ani ozon
(alespoň ne dlouho :-((( ) , jistě by to bylo silné oxidační
činidlo.
Dotaz: 1) Kde lze najít (web nebo publikace) něco o změnách vlastností plynů a vodních par při ionizaci. Zajímá mne zejména změna elektrického odporu a elektrické pevnosti plynů při ionizaci. 2) Lze docílit ionizace pomocí laserového paprsku ?
(Jiří Büllow)
http://www.aldebaran.cz/ Bohužel na tomto serveru nejsou udělány
výboje v plynech, nicméně jsou tam hezké obrázky a hlavně
české povídání o plazmatu vůbec.
Co se týče změny
elektrické vodivosti a elektrické pevnosti při ionizaci, je
odpověď značně závislá na druhu plynu a stupni ionizace.
Obecně se dá říci, že ionizovaný plyn se stává elektricky
vodivý (je třeba uvážit, že v atmosféře kolem nás je v
každém kubickém cm asi 2000 iontů), a že za určitých
podmínek (aplikací dostatečně vysokého napětí mezi
elektrodami, mezi kterými se vodivost plynu měří) dojde k
lavinovému efektu, kdy již vytvořené elektrony a ionty na
své dráze dále ionizují, čímž stupeň ionizace, a tím i
vodivost prudce stoupá. Nemalou úlohu přitom hrají i tzv.
gama procesy, tj. sekundarni emise elektronů z povrchu
elektrody. Závislost tzv. zápalného napětí samostatného
výboje na součinu tlaku plynu a vzdálenosti rovinných
elektrod (p.d) udává tzv. Paschenův zákon, což je pro daný
plyn plynulá křivka s jedním minimem pro určité p.d.
Zápalné napětí lze snížit, pokud se poskytnou nějaké
nabité částice navíc (tj. kromě těch, které si elektrony
nebo ionty na své dráze nebo interakci s elektrodou samy
"vyrobí"), např. ionizací prostoru mezi elektrodami
zářením, aplikací dodatečného napětí na pomocnou
elektrodu s ostrým hrotem umístěnou mezi hlavními elektrodami
(tak se zapaluje fotografický blesk), termickou emisí
elektronů z ohřátého povrchu katody (tak se zapaluje výboj v
zářivce). Elektrická pevnost plynů je termín technický,
který je v podstatě ekvivalentní termínu zápalné napětí.
Moje představa o něm je ta, že se vztahuje k přesně
definovanému tvaru elektrod, mezi kterými se tato pevnost
měří, a udává se za daného, většinou atmosferického
tlaku (pokud tedy výboj vznikne, bude to jiskrový výboj).
2/ Co se týče druhé
otázky, ionizace pomocí laserového paprsku, tam odpověď
závisí na energii fotonů a na celkové hustotě energie ve
svazku. Vzhledem k tomu, že teď máme v ČR výkonný laserový
systém PALS, který se používá na generaci plazmatu
interakcí laserového paprsku s pevnou látkou, doporučuji
podívat se na jeho www stranku (v češtině) http://www.pals.cas.cz/pals/pac001hp.htm.(Prof.RNDr. Milan Tichý DrSc. - 21.6.2002)
Dotaz: Dá sa povedat že:
Intenzita je výkon, kolik energie za jednotku času vyzarime, zatimco
frekvence je typ svetla, v prípadě viditelného svetla jeho barva. V
prípadě rádiových vln je to to, co ladíte na rádiu, frekvence udává počty
kmitů za sekundu, ale nerika, jak silne kmitaji, jen jak rychle.
Fotony kmitaju predsa stale ryczhlostou svetla?
Dalo by sa to vysvetlit aj rozdielnou rychlostou kmitania. Ked si predstavite , ze svetelna vlna sa siri rovnobezne po povrchu stola z jedneho konca na druhy. A fotony v tejto vlne kmitaju nahoru a dolu, teda kolmo na povrch stola. A ked kmitaju pomalsie ako sa svetlo siri a drahu jednotlivych fotonov si zakreslite v case dostanete pomale radiove vlny. A ked kmitajú rychlejsie ako sa svetlo siri! , teda rychlejsie ako "c" ich draha bude vyzerat ako rychle vysokoenergeticke kmity gama paprskov s kratkou vlnovou dlzkou. Takze ako to je môzu kmitat fotony rychlejsie alebo pomalsie ako rychlost svetla?
(Marek K.)
Odpověď: Věta
"Fotony kmitajú predsa stále rychlosťou svetla"
nedává smysl. Fotony nejsou kuličky na gumičce, které by
kmitaly kolmo ke gumičce v klidu (a tedy kolmo ke směru
šíření), aby se dalo uvažovat o jejich rychlosti ve směru
kolmém k šíření vlny. Gumička (bez jakýchkoliv kuliček)
zobrazuje pole jako jakýsi "stav napjatosti
protostoru", který je "napjatý" (tj. je tam
nenulová intenzita E elektrického pole resp. indukce B
magnetického pole) někde a někdy víc, jinde a jindy méně, a
tyto změny se dějí úhlovou rychlostí (počet kmitů za
dobu), a nikoli posupnou rychlostí (dráha za dobu), která je
pro světlo ve vakuu vždy rovna c, tj. zhruba 300 000 000 km/s.
"Kuličky" (fotony) se tam neuplatňují jinak, než
tím, že energie gumy (pole) se mění jen v určitých
dávkách (kvantech). Fotony tedy nekmitají, ale řekněme, že
každý z nich, jak tak letí (rychlostí světla ve směru
šíření vlny), má svou barvu, která odpovídá frekvenci
kmitů. Představte si, že mají barvu, a navíc pro nás pro
teď třebas střídavě světlají a tmavnou s touto frekvencí,
tj. jeden kmit jim trvá dobu T. Pokud byste si značili jejich
na cestě (kudy letí) body, kde měly barvu nejsilnější, pak
dvě značky na cestě budou vzdáleny o délku L vlny. Ta je
rovna L = c.T, kde T je doba kmitu. Modrý foton bude mít tuto
vzdálenost zhruba poloviční oproti červenému, třebaže se
šíří ve vakuu přesně stejně rychle. Jenže ten modrý
kmitá rychleji.
Dotaz: Podle speciální teorie relativity se s vzrůstající rychlostí zvyšuje hmotnost pohybujícího se objektu (vůči pozorovateli, který je v klidu). Mění se tedy i gravitační síla, kterou působí těleso (resp. platí Newtonův gravitační zákon, nebo to nějak postihuje obecná relativita)?
(Zdeněk)
Odpověď: Máte-li obecně
nějaký složitý systém, ve kterém jsou různé hmoty a
libovolně rychle se vůči sobě pohybují, je potřeba
aplikovat obecnou teorii relativity. V některých případech je
to ale jednodušší. Když budete mít (skoro) plochý prostor,
tj. např. daleko od Slunce, pak stačí uvažovat Newtonův
zákon a testovací tělísko uvažovat s hmotnosti, která
odpovídá jeho rychlosti. Když se však například ke Slunci
přiblížíte (plochý prostor přestane být ideální
aproximace), máte šanci vidět odchylky od newtonovské
gravitace - fotony se například v poli ohnou dvakrát více,
než by odpovídalo newtonovskému přitahování fotonů s
hmotností odpovídající jejich energii. Tento faktor 2 je
specifický pro Einsteinovu OTR a je jiný pro některé další
alternativní teorie (různé teorie různě pojednávají
geometrii prostoru).
Dotaz: Zajímalo by mě, proč se nevyužije radioaktivní záření např. v laserové technice. Vždyť radioaktivní záření má velkou intenzitu a vysokou frekvenci emitujících kvant.Proč se tento zdroj nevyužije a jeho vysoká energie záření se neprožene přes nějaký modulátor,či scintalační zařízení, které přetransformuje např. rent. či gama záření na záření s menší frekvncí, s delší vlnovou délkou. Kdyby se enerie např.gama záření (jeden foton) přetransformovala na tři fotony s menší energií, ale součet těchto kvant by zase dal enerii gama záření.Takže by se zvětsila hustota, počet fotonů.Tohoto by se mohlo právě využít u laseru a docílit dostatečně velké energie buzení laserového systému. Vždyť by tímto způsobem odpadly veliké požadavky a nároky na příkon buzení, čerpání a vytváření populace hladin.To my není jasné, protože jestli jsem někde neudělal chybu v mých "úvahách", tak mi célý problém, který jsem zde nastíníl, příjde celkem logický, pokud se nemýlím. (Michal Tomáš)
Odpověď: Lasery v rentgenové oblasti se používají a vyvíjejí, ovšem
s většími potížemi než lasery ve viditelné spektrální
oblasti. Při laserové generaci způsobem obvyklým ve
viditelné spektrální oblasti, tj. stimulovanými přechody
mezi energetickými hladinami atomů, je nutné dosáhnout
přechodů mezi energeticky hodně vzdálenými hladinami (velká
hodnota energie vyzářeného fotonu), tj. mezi vnitřní a
vnější atomární hladinou. Ke vzniku stimulované emise je
nezbytné vytvoření inverze obsazení hladin (na vyšší
hladině je více atomů než na hladině spodní). Inverze
obsazení zmíněných energetických stavů má však velmi
krátkou relaxační dobu a proto je obtížné zajistit
dostatečně silné čerpání (dodání vnější energie),
které by umožnilo vznik dostatečně velkého inverzního
obsazení. Používá se například jaderný výbuch. Lasery v
rentgenové oblasti mohou ovšem pracovat i na jiném principu,
například stimulovanou emisí záření, které vzniká při
relaxaci látek, které byly ionizovány průchodem velmi
intenzivního femtosekundového světelného pulsu. Rentgenové
lasery jsou pro vysokou hodnotu energie fotonu vhodné v
"silových aplikacích", tedy pro vojenské účely,
ale vhledem k malé vlnové délce dovolují také účinnou
kompresi pulsů v čase a fokusaci svazků do velmi malých
rozměrů.
Navrhovaný postup, tedy rozložení energeticky velkého
fotonu na fotony menší může probíhat pouze ve vhodném
nelineárním optickém prostředí. Optické parametrické
procesy, k nimž navrhovaný proces patří, probíhají s
určitou účinností, která klesá s rostoucím řádem procesu
(s počtem fotonů, na který se původní foton rozpadá). V
daném případě by proto účinnost celého procesu byla velmi
malá. Výhodnější by byl kaskádový proces, tj. například
následné půlení fotonů. Ovšem světlo ve viditelné oblasti
by bylo získáno s mimořádně malou účinností. Opačný
proces, tedy sčítání "malých" fotonů pro vznik
velkého fotonu se dá využít naopak k převodu záření do
oblasti velmi krátkých vlnových délek. Tak například
kaskádovou generací násobných frekvencí bylo převedeno
záření neodymového laseru (1064 nm) na vlnovou délku 38 nm
(28 - krát původní frekvence).
