FyzWeb  odpovědna

Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!


nalezeno 27 dotazů obsahujících »fotonů«

23) Změny vlastností plynů při ionizaci21. 06. 2002

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)

Odpověď: 1/ Konkrétně fyziku plazmatu lze najít na stránce http://vega.fjfi.cvut.cz/docs/umfmat/umf_url.html,
tam se klikne na čtyřku, a jde se poněkud dolů - pod jadernou fyzikou je fyzika plazmatu. Další informace naleznete na stránkách:
http://www.plasmas.org/index.html, http://FusEdWeb.pppl.gov/index.html, http://www.plasmacoalition.org/, http://fusioned.gat.com/Teachers/SlideShow.html

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)

(M. Tichý)   >>>  

24) Kmitání fotonů13. 05. 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.
(J. Obdržálek)   >>>  

25) 1. Zvětšení hmotnosti = zvětšení gravitace?26. 03. 2002

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).
(J. Dolejší)   >>>  

26) Využití laserů20. 03. 2002

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).

(P. Malý)   >>>  

27) Sčítání rychlostí19. 02. 2002

Dotaz: Som veµmi rád , že ste mi odpísali. Idem k veci. Čo je vskutočnosti príčinou toho, že keď sa pohybuje teleso podsvetelnou rýchlosťou, z ktorého sa šíry svetlo po sčítaní rýchlostí dostaneme podsvetelnú rýchlosť. To isté platí pri sšítaní dvoch dodsvetelných rýchlostí. Napríklad keď imaginárna kozmická loď letí vesmírom rýchlosťou 150 000 km/s a vystrelí v smere letu strelu rýchlosťou 151 000 km/s. Rýchlosť strely bude podsvetelná. Počul som, že v prípade lokomotívy ktorá má v predu reflektor čo svieti rýchlosť svetla stále 300 000 km/s lebo mi tie fotóny nenesieme zo sebou ako napr. náboj, ktorý by sme z lokomotívy vystrelili. Že tie fotóny vznikajú priamo tam. Lenže tam už sú , ako energia, ibaže v inej forme - ako chemická energia uložená v batérii. Dá sa to vôbec vysvetliť logicky a prirodzene? Len mi nepíšte nejaké Einsteinove vzorce kontrakcie hmotnosi, dĺžky či času. Tie mi pripadajú , ako keby si ich Einstein sám vymyslel aby mu sedela teória a mohol ju pohodlne dokázať. Dá sa to aspoň približne pochopiť zdravým "selským" rozumom? A chápete to Vy? (Marek Krakovsky)

Odpověď: Když jde o teorii relativity, "selský rozum" docela často selhává. Je celá plejáda knih s různě složitým vysvětlením vámi zmíněných obskurních jevů (např. krásně jednoduchá knížečka Landau, Rumer: Co to je teorie relativity, vydaná u nás v roce 1971 a pak několikrát později).
Ukázkový příklad: Když srazíte dvě jádra přilétající z opačných stran s velkou energií, narodí se s jistou pravděpodobností také pár fotonů, které z místa srážky odsviští rychlostí světla (30 cm za nanosekundu), kterou dnes dokážeme dobře měřit. Když tutéž srážku realizujete tak, že urychlíte jenom jedno jádro, které vrazí do jádra klidného, máte skoro totéž, co předtím, akorát že sražená jádra se řítí ve směru projektilového jádra pěknou rychlostí, která může být dost blízkou rychlosti světla (třeba 0.99 c je teď snadno dosažitelné v CERNu). Teď ty narozené fotony (a i jiné částice) vylétají z pohybující se sražené soustavy a podle selské logiky by měly mít rychlost
0.99 c + c = 1.99 c. Ale ono se dá změřit, že letí opět rychlostí c. A tento výsledek není výmyslem lidského intelektu, to je experimentální fakt, stejně jako fakt, že velmi rychlé částice se hůře zahýbají elektromagnetickými poli (jsou "setrvačnější", mají větší hmotnost) a letící žijí déle, než když mdle stojí na místě.
(J. Dolejší)   >>>