interactiunea dintre un atom si un foton

CBV, on Oct 2 2008, 16:52, said:

Pai asta era si problema mea. Diametrul atomului este mult mai mic decat lungimea de unda a fotonului (impropriu spus) si pentru ca atomul sa absoarba aceasta energie ar trebui sa aiba aceeasi frecventa de oscilatie ca si unda energetica. Ori, de unde "stie" atomul care este frecventa specifica pentru a o absorbi?

M-am exprimat f putin academic, in favoarea claritatii.

„pentru ca atomul sa absoarba aceasta energie ar trebui sa aiba aceeasi frecventa de oscilatie ca si unda energetica” – (landscape10)

Trebuie să existe două straturi, pe care evoluează electroni, astfel încât diferența de energie dintre energia stratului, mai exterior (E2) și energia stratului mai interior (E1), să fie egală cu energia fotonului, atunci când fotonul lovește un electron de pe stratul mai adânc, ridicându-l pe stratul mai exterior. Atomul nu are „probleme” cu frecvența de oscilație decât în sensul existenței acestor niveluri, cu diferența de energie dintre ele. Un atom excitat înseamnă că are un electron care poate reveni spontan la starea anterioară, pe nivelul mai adânc, emițând un foton. Dacă avem de-a face cu un atom de hidrogen, unul din electroni, lovit fiind de către un foton, părăsește atomul, devenind liber, iar atomul devine un ion pozitiv. În acest caz atomul de hidrogen nu mai absoarbe fotonul, ci fotonul pleacă la plimbare, cu o energie superioară, care se regăsește în frecvența undei sale asociate. Invers, dacă un electron ciocnește un atom, se poate integra acestuia, urmat de emisia unui foton.

Cercetarea stiintifica si evolutia modelelor nu e liniara. Nu se imbunatateste acelasi model la infinit. Uneori un model e scos de la praf si cosmetizat, alteori e dat deoparte complet si se porneste de la zero pt a se ajunge mai departe. De aia se spune la scoala ca "modelul X nu poate explica fenomenul Y iar modelul Z reuseste sa explice bine fenomenul, inclusiv rezultatele pe care le explica inainte si modelul X". De aia se si spune ca uneori trebuie sa gindesti "out of the box"(cine ar fi crezut ca materia si energia sint unul si acelasi lucru??). De aia fizica cuantica e asa criptica; e greu sa o faci palpabila, sa faci analogii cu chestii pe care poti pune mina si masura. De aia nu e bine sa mulezi realitatea la model tau (de ce nu emite atomul conform modelului de dipol din electromagnetism) ci sa vezi cum modelul se "muleza" pe realitate. In cazul propus de tine, e clar ca modelul nu se "fiteaza" pe realitate, deci modelul are o problema.

Ca fapt divers, teoria ondulatorie nu e capabila sa explice nici efectul fotoelectric si nici radiatia corpului negru, deci are destule bube.

PS: CBV, fara suparare, dar atentie la exprimare, e confuza pe alocuri (atomul de hidrogen are intotdeauna un electron).

„CBV, fara suparare, dar atentie la exprimare, e confuza pe alocuri (atomul de hidrogen are intotdeauna un electron).” – (cianura)

Fără supărare, dar dvs. ați explicat fenomenul? În afară de faptul că atomul de hidrogen are un singur electron și, când îl pierde, devine ion pozitiv, nu văd ce este confuz. Am dorit să scriu cât mai simplu, așa că regret dacă n-ați înțeles. Ar fi trebuit să scriu:
Dacă avem de-a face cu un atom de hidrogen, unicul electron, lovit fiind de către un foton, părăsește atomul, devenind liber, iar atomul devine un ion pozitiv.
Din păcate aveam în minte fenomenul, în general, uitând că m-am referit la hidrogen. Sper că asta era singura confuzie.

CBV, on Oct 2 2008, 21:45, said:

1. de acord cu exprimarea corectata;
2. fotonul poate ciocni atomul de hidrogen elastic sau plastic cu excitare sau ionizare; nu mai insist, sint sigur ca stiati si dvs asta dar am specificat acest lucru pt cei care citesc threadul;
3. nu am explicat fenomenul pt ca modelul electromagnetic NU poate explica fenomenul de emisie/receptia cuantificata de energie; e ca si cum am incerca sa rezolvam nodul gordian; intrucit landscape10 a revenit ulterior cu un post, am explicat de ce acest model atomic nu mai este de actualitate si modul cum de fapt trebuie privita problema (nu mulam natura dupa modele ci modelele trebuie sa se muleze si trebuie construite dupa natura);

Quote

Daca frecventa undei nu este egala cu diferenta de energie dintre doua nivele electronice ale atomului nu se realizeaza tranzitia (absorbtia fotonului) si punct.
Nu se "sincronizeaza" nicicum.  

soarce, on Oct 2 2008, 21:58, said:

Nu esti pe ipotezele lui landscape10. El foloseste modelul electromagnetic, al dipolului electric; masoara dimensiunea atomului si presupune ca e dipol electric. Tu deja te gindesti la modelul planetar, deci folosesti ipoteze diferite.

@CBV,

Cum vezi acel foton care loveste atomul? Ca o particula, sau ca o unda? Pe scurt, ce anume determina acel electron sa faca saltul energetic, energia electromagnetica a fotonului absorbita de atom, sau cea cinetica?

soarce, on Oct 2 2008, 21:58, said:

Ti-a spus cianura, ori folosesti modelul Bohr al atomului si fotonul ca particula, ori folosesti modelul dipol iar fotonul ca unda EM. Nu prea are sens sa folosesti modelul fotonic EM si modelul planetar al atomului, pentru ca o unda EM trebuie sa fie cumva absorbita de un dispozitiv oscilator pentru a putea produce efecte.

cianura, on Oct 2 2008, 21:04, said:

Folosesc formalismul semiclasic: atomul cuantizat (modelul sommerfeld-Borh) si campul descris clasic (adica unda electromagnetica).

Formalismul semiclasic explica foarte bine interactiune de tip dipol, cuadrupol si asa mai departe. Daca voi folositi un model necuantizat pentru atom (oscilator   ) puteti sa discutati mult si bine ... Formalismul clasic al atomului nu poate explica absorbtia de energie!!

soarce, on Oct 2 2008, 22:27, said:

Nu exista modelul oscilator, eu am facut analogia cu un oscilator pentru a incerca sa explic CUM o unda EM este absorbita de catre atom. Explica tu CUM o unda EM este absorbita de catre atom in situatia in care diferenta de nivel energetic este egala cu frecventa undei EM.

„Pe scurt, ce anume determina acel electron sa faca saltul energetic” – (landscape10)

Electronii „stau” pe acel nivel, dacă au lungimea de undă potrivită pentru ca unda să se închidă pe orbită. Dacă electronul „înghite” cuanta de energie, care este fotonul, sare pe un nivel unde unda sa poate, de asemenea, să se închidă. Asta este condiția. Nu poate ocupa o poziție intermediară pentru că unda asociată electronului nu s-ar închide. Energia cuantizată este secretul saltului.

CBV, on Oct 2 2008, 22:44, said:

Of, se pare ca nu ma fac inteles, inseamna ca explic eu gresit. Sa recapitulez:

Avem interactiunea dintre un atom si un foton. In urma interactiunii energia fotonului este absorbita de catre atom, iar in urma acesteia, un electron face saltul pe un nivel energetic superior. Pentru ca acest lucru sa se realizeze, energia absorbita trebuie sa fie egala cu diferenta de nivele energetice, pentru a respecta principiul conservarii energiei. Apoi, pentru a reveni la starea initiala, electronul excitat isi reocupa pozitia initiala, iar energia este expulzata sub forma unui foton identic cu primul. Pana aici totul e clar.

In acest caz, fotonul nu poate fi privit ca o particula, pentru ca intreaga sa energie este absorbita de catre atom, deci clar el trebuie privit ca o unda EM. Daca privim fotonul ca o unda EM care va fi absorbita, nu putem privi atomul decat ca un receptor de unde EM, deci ca un dipol electric.
Pentru ca un dipol electric sa absoarba o unda EM, trebuie ca lungimea de unda EM sa fie egala cu diametrul atomic.
Sau, daca acest lucru nu se intampla, si clar nu se intampla, diametrul atomic fiind mai mic, trebuie ca dipolul sa rezoneze pe aceeasi frecventa cu unda EM. Corect pana aici?

landscape10, on Oct 2 2008, 22:01, said:

Greseala pe care o faci aici este ca atomul il considerati un dipol clasic, el ar trebui considerat (intr-o prima aproximatie) un dipol cuantic. Diferenta dintre un dipol clasic si unul cuantic este urmatoarea: dipolul clasic emite si absoarbe energie in spectru continuu pe cand cel cuantic in spectru discret (ganditi-va ca atomul are un spectru de emisie/absorbtie discret).

Referitor la dimensiunea atomului si lungimea de unda a radiatiei: interactiunea de tip dipolar este doar o aproximatie care presupune ca lungimea de unda a radiatiei este mult mai mare decat dimensiunea fizica a atomului; daca dimensiunea atomului este comparabila cu lungimea de unda a radiatiei atunci aproximatia dipolara nu mai este valabila si trebuiesc considerate si ordinele superioare (interactiunea multipolara). Deci, mentinand lungimea de unda constanta putem avea sisteme de dimensiuni diferite care sa interactioneaze cu unda electromagnetica.

să considerăm sistemul atomic descris de hamiltonianul H, și să privim fotonul ca un factor perturbativ V. fie |φ> stările proprii ale operatorului H și E(φ) valorile proprii ale hamiltonianului. rezulta H|φ>=E(φ)|φ>
hamiltonianul perturbat poate fi scris Htotal=H + V. putem presupune că V aduce contribuții mici la energia sistemului și e de tipul V(φφ')=<φ|V|φ'>
scriem apoi șrödinger și funcția de undă a sistemului ca și combinație liniară de |φ>-uri și apoi rezolvăm folosind teoria perturbațiilor. pe măsură ce ne jucăm cu φ-urile de ne sar capacele se poate demonstra că probabilitatea de tranziție a sistemului dintr-o stare φ într-o stare φ' este nenulă numai dacă E(φ)-E(φ')=hν șamd.
p.s. scuze, da mi-e cam somn

Edited by gigel de hohențolărn, 02 October 2008 - 23:28.

gigel de hohențolărn, on Oct 2 2008, 23:27, said:

I-ai lamurit bustean, nu vezi ca ei lucreaza cu "modelul clasic al atomului"  

PS: pentru unda electromagnetica trebuia sa fi considerat perturbatie periodica  

soarce, on Oct 2 2008, 23:50, said:

Hai sa consideram un dipol cuantic. Cum anume interactioneaza cu unda EM astfel incat energia acesteia sa fie absorbita?


Si pentru ca radeai la analogia cu oscilatorul, o mai explic odata, de data asta mai clar. Presupune ca ai o unda EM cu lungimea de unda de 30 metri. Pentru a o capta, ai nevoie de o antena cu lungimea de 30 de metri. Daca nu ai o astfel de antena, ci una mult mai mica, atunci ai nevoie de un oscilator acordat pe frecventa de emisie. In jurul oscilatorului se formeaza un camp EM care este usor perturbat de unda EM si astfel este absorbita. Practic, campul EM din jurul oscilatorului actioneaza ca o prelungire a antenei.


@gigel,
Tu ai explicat acolo procesul prin care energia fotonului trebuie sa fie egala cu diferenta de nivel energetic pentru ca electronul sa sara la un strat superior, dar nu ai explicat care este procesul intim prin care unda EM este absorbita...

landscape10, on Oct 3 2008, 00:56, said:

formalismul matematic mă ajută să spun de ce se întâmplă ce se întâmplă. mecanismul ăla intim nu-l putem ști. cert e că intuiția clasică cu dipolul nu funcționează. la fel de clasic nici procesul intim care "generează" spinul nu prea-l putem pricepe. totuși, el există.

explicația mea(trunchiată la greu) explică intim, în limbaj cuantic, ceea ce ai încercat tu prin analogia ta clasică.
care-i procesul intim prin care țopăie electronul de colo colo nu-l știm. știm doar că el țopăie, sau, se anihilează dintr-o stare și e creeat într-alta, naiba știe cum. cel puțin eu unul habar n-am, bașca la ora asta mi-e că mă apucă nițcai vreo insomnie

soarce, on Oct 3 2008, 00:38, said:

așa-i, da punerea problemei tot p-acolea e  

La #32 s-a explicat. Matematica, ca să poată fi folosită, se sprijină pe ipoteze. Formalismul matematic ușurează gândirea, cu condiția să se „cadă la pace” cu comunitatea științifică. Victoria mecanicii cuantice rezidă în renunțarea la explicațiile „prin analogie” și admiterea ipotezelor și a modelului matematic. Vedeți? Fără nițică filosofie nu se poate. Prin urmare trebuie sa acceptăm teoria, dacă explică bine realitatea și ne ajută să prevedem viitorul. Acesta e rolul științei. Problema, așa cum a fost pusă de domnul landscape10 este rezolvată, dar nu așa cum vrea dânsul. Și îi împărtășesc nemulțumirea.