Archief - Snelheid elektromagnetische golven?

Het archief is een bevroren moment uit een vorige versie van dit forum, met andere regels en andere bazen. Deze posts weerspiegelen op geen enkele manier onze huidige ideeën, waarden of wereldbeelden en zijn op sommige plaatsen gecensureerd wegens ontoelaatbaar. Veel zijn in een andere tijdsgeest gemaakt, al dan niet ironisch - zoals in het ironische subforum Off-Topic - en zouden op dit moment niet meer gepost (mogen) worden. Toch bieden we dit archief nog graag aan als informatiedatabank en naslagwerk. Lees er hier meer over of start een gesprek met anderen.
D

Drwhybother

Legacy Member
Hallo iedereen, mijn vraag is vrij simpel:
Zijn alle elektromagnetische golven (vb infrarood t.o.v. zichtbaar licht) even snel wanneer ze zich niet in een vacuum bevinden? In een vacuum zijn ze even snel maar vertragen golven van verschillende golflengtes en amplitudes op een andere manier wanneer ze zich voortbewegen in een niet-vacuum?
P

Pjken007

Legacy Member
In vacuum bewegen ze inderdaad allen even snel.
In niet-vacuum kunnen ze inderdaad een andere snelheid hebben. In lucht zal die snelheid voor alle golflengtes wel ongeveer gelijk zijn, maar in vaste stoffen, vloeistoffen, .. kan dat sterk verschillen.
Als we enkel het "licht"-gedeelte van het EM-spectrum beschouwen, wordt die snelheid aangegeven door de brekingsindex van het materiaal. De brekingsindex van glas is bv. ~1.5, wat wil zeggen dat het licht in glas anderhalve keer trager propageert dan in vacuum. Die 1.5 is echter een gemiddelde want typisch hebben korte golflengtes een iets grotere brekingsindex dan langere golflengtes (binnen het "licht-gedeelte!). Blauw licht zal dus iets trager propageren dan rood licht. Die golflengte-afhankelijkheid van de brekingsindex (n) noemt dispersie en verklaart de werking van prisma's, regenbogen, ...
Bij andere EM-golven gebruikt men denk ik niet de brekingsindex [latex]$$ \epsilon $$[\latex] , maar de dielektrische constante ([latex]$$ n~\sqrt{\epsilon} $$[\latex])) van het materiaal om de snelheid van de EM-golf te bepalen.
Die dielektrische constante wordt bepaald bepaald door interactie van de golf met het materiaal. Hierdoor hebben in grote lijn, lange golflengtes de grootste dielekrische constantes, omdat lange golven zowel voor roostertrillingen als voor elektronbeweging als voor ... kunnen zorgen, terwijl kortere golflengtes bv enkel met electronen gaan interaggeren.

Wat betreft amplitude: De meeste huis-tuin-en-keukenmaterialen zijn lineair, wat wil zeggen dat de amplitude van de golf geen invloed heeft op de propagatiesnelheid. Je hebt echter ook niet-lineaire materiaal die 2e, 3e, .. orde effecten vertonen waardoor de brekingsindex bv. stijgt als de amplitude stijgt.
In het geval van licht heb je ook dubbelbrekende (anisotrope) materialen. Dat wil zeggen dat de brekingsindex afhangt van de richting waarin het licht invalt (en/of de polarisatie van het licht) op het materiaal.
Een goed voorbeeld hiervan is calciet, dat door de vikingen werd gebruikt om te navigeren.

enzenzenz
E

Epyon

Legacy Member
Het geheel van brekingsindexen en dielektrische constanten noemt men in het Engels ook wel eens de velocity factor. Die is niet uniform. Bij anisotrope media kan ze zelfs verschillen afhankelijk van de richting waarin de golf beweegt.

Zelf ken ik enkel de factoren voor in elektrisch geleidende media. Deze 'snelheid van elektriciteit' ligt tussen de 50% tot 80% van de lichtsnelheid in vacuum, afhankelijk van het gebruikte geleidend materiaal en de balancering van de lijn.
L

Lt. KroftDünkel

Legacy Member
Drwhybother zei:
Hallo iedereen, mijn vraag is vrij simpel:
Zijn alle elektromagnetische golven (vb infrarood t.o.v. zichtbaar licht) even snel wanneer ze zich niet in een vacuum bevinden? In een vacuum zijn ze even snel maar vertragen golven van verschillende golflengtes en amplitudes op een andere manier wanneer ze zich voortbewegen in een niet-vacuum?
Klik om te vergroten...

Neen.

Puur fenomologische wet eigenlijk:

Wet van Snellius

https://en.wikipedia.org/wiki/Snell's_law

Elk medium heeft zen eigen brekingsindex.

Wat er achter zit? Fotonen botsen met moleculen en verliezen energie. Infrarood licht en zichtbaar licht hebben andere golflengtes dus andere energieën en gaan dus anders interageren met moleculen/atomen. bv infrarood komt overeen met de binding tussen 2 atomen, zichtbaar licht komt overeen met een electron dat springt van het ene energielevel naar n ander, maar nog binnen hetzelfde atoom. Zo heeft eigenlijk elke vorm van energie op die kleine schaal hun eigen soort fotonen met een eigen range aan frequenties. Gaan allemaal anders interageren met massa, komen er ook anders uit.

Wrs redelijk krom uitgelegd. :unsure:

:sad:

Shit zit vol fouten, laat maar ik trek mij terug.

quantum mechanics - What really cause light/photons to appear slower in media? - Physics Stack Exchange
L

Lt. KroftDünkel

Legacy Member
Pjken007 zei:
In vacuum bewegen ze inderdaad allen even snel.
In niet-vacuum kunnen ze inderdaad een andere snelheid hebben. In lucht zal die snelheid voor alle golflengtes wel ongeveer gelijk zijn, maar in vaste stoffen, vloeistoffen, .. kan dat sterk verschillen.
Als we enkel het "licht"-gedeelte van het EM-spectrum beschouwen, wordt die snelheid aangegeven door de brekingsindex van het materiaal. De brekingsindex van glas is bv. ~1.5, wat wil zeggen dat het licht in glas anderhalve keer trager propageert dan in vacuum. Die 1.5 is echter een gemiddelde want typisch hebben korte golflengtes een iets grotere brekingsindex dan langere golflengtes (binnen het "licht-gedeelte!). Blauw licht zal dus iets trager propageren dan rood licht. Die golflengte-afhankelijkheid van de brekingsindex (n) noemt dispersie en verklaart de werking van prisma's, regenbogen, ...
Bij andere EM-golven gebruikt men denk ik niet de brekingsindex [latex]$$ \epsilon $$[\latex] , maar de dielektrische constante ([latex]$$ n~\sqrt{\epsilon} $$[\latex])) van het materiaal om de snelheid van de EM-golf te bepalen.
Die dielektrische constante wordt bepaald bepaald door interactie van de golf met het materiaal. Hierdoor hebben in grote lijn, lange golflengtes de grootste dielekrische constantes, omdat lange golven zowel voor roostertrillingen als voor elektronbeweging als voor ... kunnen zorgen, terwijl kortere golflengtes bv enkel met electronen gaan interaggeren.

Wat betreft amplitude: De meeste huis-tuin-en-keukenmaterialen zijn lineair, wat wil zeggen dat de amplitude van de golf geen invloed heeft op de propagatiesnelheid. Je hebt echter ook niet-lineaire materiaal die 2e, 3e, .. orde effecten vertonen waardoor de brekingsindex bv. stijgt als de amplitude stijgt.
In het geval van licht heb je ook dubbelbrekende (anisotrope) materialen. Dat wil zeggen dat de brekingsindex afhangt van de richting waarin het licht invalt (en/of de polarisatie van het licht) op het materiaal.
Een goed voorbeeld hiervan is calciet, dat door de vikingen werd gebruikt om te navigeren.

enzenzenz
Klik om te vergroten...

Ik dacht ff, foton botst met atoom, molecule, verliest energie en dus snelheid, maar das toch zo krom als het maar kan zijn.

Hebt ge 100 fotonen die reizen aan een bepaalde snelheid, en 50 worden er opgenomen, hebt ge toch nog dezelfde snelheid? Wat is er loos?
L

Lt. KroftDünkel

Legacy Member
Neje, dus 1 conceptuele uitleg =

foton reist altijd aan snelheid c, maar interactie met atomen neemt tijd in beslag, daarom een ogenschijnlijke vertraging van de snelheid van licht.

Dus bv, 1 foton reist aan snelheid c, wordt opgenomen door atoom/molecuul/blabla, dus dat atoom neemt energie op, wordt ff geëxciteerd, is onstabiel en ontspant daarna en zendt weer een ander foton met weer een snelheid c uit, en die interactie neemt een zekere fractie aan min tot de zoveelste seconde in beslag, en in die tussentijd is het dus alsof dat foton ff stilstaat op de plek van dat atoom dus alles bij elkaar hebt ge een snelheid minder dan c.
L

Lt. KroftDünkel

Legacy Member
Dus ge hebt bv drie fotonen met elk een verschillende golflengte en die botsen met een watermolecule.

Foton A botst met H molecule => relaxatietijd t1
Foton B botst met O molecule => relaxtietijd t2
Foton C botst met binding tussen O en H => relaxatietijd t3
Foton A botst met O molecule => relaxatietijd t4

etc...

Zo krijgt ge dus een amalgaam aan verschillende relaxatietijden bij de interactie van een lichtbundel bestaande uit verschillende frequenties met een simpele vloeistof als water en dus een verschillende snelheid. In vacuum zijn er uiteraard geen relaxatietijden, want er zijn geen "dingen" die interageren met fotonen.

Casimir effect uitgezonderd, maar daar begrijp ik geen janol van, want daar worden er fotonen gemaakt uit de energie die er heerst in een vacuum, maar daar ken ik toch hol van.

Rudimentaire uitleg, gebaseerd op het internet, maar beter dan die verklaring kan ik op de moment niet.
D

Dieleman_F

Legacy Member
Lt. KroftDünkel zei:
Dus ge hebt bv drie fotonen met elk een verschillende golflengte en die botsen met een watermolecule.

Foton A botst met H molecule => relaxatietijd t1
Foton B botst met O molecule => relaxtietijd t2
Foton C botst met binding tussen O en H => relaxatietijd t3
Foton A botst met O molecule => relaxatietijd t4

etc...

Zo krijgt ge dus een amalgaam aan verschillende relaxatietijden bij de interactie van een lichtbundel bestaande uit verschillende frequenties met een simpele vloeistof als water en dus een verschillende snelheid. In vacuum zijn er uiteraard geen relaxatietijden, want er zijn geen "dingen" die interageren met fotonen.

Casimir effect uitgezonderd, maar daar begrijp ik geen janol van, want daar worden er fotonen gemaakt uit de energie die er heerst in een vacuum, maar daar ken ik toch hol van.

Rudimentaire uitleg, gebaseerd op het internet, maar beter dan die verklaring kan ik op de moment niet.
Klik om te vergroten...

Denk niet dat het noodzakelijk is om alles met fotonen uit te leggen, een klassieke uitleg (met electromagnetische golven) werkt voor zover ik weet perfect. :) Je lichtbundel introduceert oscillaties in je materiaal (die je als lorentz oscillators kan zien, maar dat is dan inderdaad bijvoorbeeld de binding tussen O en H), die oscillaties creëeren op hun beurt weer lichtgolven, maar met een phase delay. Hierdoor heeft de som (interference) van de initiele golf en de golf gecreëerd door de oscillaties van je molecules ook een andere phase, waardoor je totale phase velocity trager is. De interactie (sterkte en phase delay van de gecreëerde lichtgovlen) tussen je licht en de oscillator hang af van de golflengte, vandaar verschillende brekingsindexen voor verschillende golflengtes.

Belangrijk is dat je voor transparante materialen (glas bijvoorbeeld) niet op de resonantie van al die electronic/vibrational/... transitions zit, een atoom die een foton absorbeert en weer emiteert zoals bij een resonant transition is dan misschien ook niet volledig juist. Geen flauw idee hoe je het wel correct uitlegt in QED. :p

Voor het casimir effect heb je trouwens ook dingen nodig die interageren met fotonen, weinig interessants te zien in vacuum!
Het archief is een bevroren moment uit een vorige versie van dit forum, met andere regels en andere bazen. Deze posts weerspiegelen op geen enkele manier onze huidige ideeën, waarden of wereldbeelden en zijn op sommige plaatsen gecensureerd wegens ontoelaatbaar. Veel zijn in een andere tijdsgeest gemaakt, al dan niet ironisch - zoals in het ironische subforum Off-Topic - en zouden op dit moment niet meer gepost (mogen) worden. Toch bieden we dit archief nog graag aan als informatiedatabank en naslagwerk. Lees er hier meer over of start een gesprek met anderen.
Terug
Bovenaan