¿Cuándo se convierte una onda EM en un fotón?

Question

Consideremos un pequeño circuito LC que oscila a cierta velocidad. La longitud de onda es MUY larga comparada con el diámetro del inductor. (100's de metros)

Más allá de la radiosfera, donde se desprenden las ondas EM, son fotones de esa frecuencia ¿correcto?

Dentro de la radiansfera, donde aún no se han desprendido, ¿qué son?

¿Hay alguna buena referencia que pueda leer para conocer los detalles de lo que ocurre dentro de la radiosfera?

Soy consciente de que no se trata de una transición brusca.

Answer 1

Esto es más bien un comentario sobre la longitud de onda "MUY larga". Sobre el "interior de la radiantsfera" piensa en un líquido y en la tensión interna a la que una gota puede salir del líquido.

No empecemos con su circuito LC, sino sólo con una resistencia. La resistencia está conectada a una fuente de alimentación de corriente continua. Después de encender la fuente, la temperatura de la resistencia aumenta. Esto ocurre porque la estructura interna (atómica) de la resistencia dificulta el movimiento hacia delante de los electrones. Los electrones en su camino a través de la resistencia pierden muchas veces energía cinética e irradian esta energía en forma de fotones. Lo mismo ocurre en los cables, por cierto.

La longitud de onda de estos fotones está en el rango de los infrarrojos. Una fuente potente calienta una resistencia robusta hasta una temperatura en la que se puede ver la radiación (luz visible). En general, la longitud de onda depende de la longitud del camino libre en el que los electrones pueden acelerar (hasta chocar con el siguiente átomo) y de la tasa de aceleración obtenida a partir de la diferencia de potencial de la fuente (el voltaje).

¿En qué se diferencia este fenómeno de una corriente alterna? La diferencia de potencial de la fuente sigue ahora una función sinusoidal. En consecuencia, la resistencia R de la resistencia aumenta. En general, las pérdidas de energía aumentan con el incremento de la frecuencia de la fuente. Esto es bastante natural, porque además del rebote de los electrones, éstos son acelerados hacia adelante y hacia atrás por la fuente alterna y emiten fotones durante estas aceleraciones.

Mientras la frecuencia de la fuente sea baja, la emisión periódica de fotones queda eclipsada por el ruido térmico de los electrones que rebotan. A frecuencias más altas, el efecto piel es el proceso principal y los electrones de la superficie del cable emiten fotones al entorno. Con un receptor se puede medir la frecuencia de la fuente a distancia.

Ahora se cuestiona si los fotones de una radiación modulada tienen la frecuencia de la fuente. ¿O sólo la intensidad de la emisión de fotones sigue la frecuencia de la fuente y cada fotón sigue teniendo su propia frecuencia en el rango infrarrojo? ¿Cuál es la longitud de onda de cada fotón? ¿En el rango de los infrarrojos o en cientos de metros?

Answer 2

Si su circuito oscilaba desde el principio de los tiempos: Se generan muchos fotones simultáneamente, y la colección de estos paquetes de fotones múltiples que se producen a un ritmo constante producen el campo E. (Como punto técnico, en realidad es la coherencia entre estas posibilidades la que produce un campo E no nulo, pero puedes pensar que sus propiedades "colectivas" producen el campo E clásico).

Si tu circuito tuviera un tiempo inicial de "rampa de subida" y "rampa de bajada": Tus fotones son menos probables durante la rampa de subida y la rampa de bajada, por lo que obtienes una función de onda en el tiempo. (Y entonces puedes responder a "cuándo se crearon los fotones" especificando que la función de onda de los fotones en el tiempo se creó cuando el circuito se "aceleró")