En la radiación electromagnética, ¿cómo se "mueven" realmente los electrones?

Question

Siempre me he imaginado la radiación EM como una onda, en los dibujos comunes de la radiación se ve como un haz de ondas y eso había nublado mi comprensión recientemente.

Ilustración en el nivel más simple:

Lo que obviamente no tendría sentido (para mí), ya que los electrones colisionarían más probablemente moviéndose como tales.

Por ejemplo, en una longitud de onda de radio de 10 metros (kHz), haga partículas ¿los electrones avanzan y retroceden diez metros? Si es así, ¿en qué dirección, y si en una por qué no en otras?

¿Qué tiene que ver la longitud de onda con su movimiento? ¿Cambia la polaridad, hace que vaya en sentido inverso o sigue igual que los demás, mayor frecuencia sólo significa "más energía"?

Answer 1

En la radiación EM no hay electrones implicados (bueno, suele haber electrones moviéndose en la antena que produce la radiación, pero no en la propia radiación).

Entonces... ¿a qué se refieren esos "10 metros"? Es la llamada longitud de onda. La radiación EM viaja en ondas, pero ahora ¿qué significa eso? Vayamos primero a otro tipo de ondas: Las ondas de agua.

Si observas un grupo de ondas y mides la distancia de sus crestas entre sí, obtienes la longitud de onda: La imagen de abajo muestra una instantánea de una onda, y $\lambda$ denota la longitud de onda.

Si, por el contrario, te quedas en un lugar y cuentas cuántas veces en ese punto específico el agua sube y baja en un ciclo completo y si cuentas los ciclos por segundo, eso te daría la frecuencia de las olas.

Ahora, en la radiación electromagnética, lo que se mueve hacia arriba y hacia abajo no es la materia real. Es sólo la fuerza del campo eléctrico y magnético en un punto concreto. Imagina que tuvieras algún dispositivo de medición elegante que te dijera la fuerza del campo eléctrico. Entonces, si lo mantuvieras en un punto del espacio, oscilaría entre un máximo y un mínimo con una determinada frecuencia. Para las ondas de radio, eso suele ser alrededor de $100 MHz$ es decir, 100 millones de ciclos por segundo.

Si, por el contrario, se pudiera registrar una instantánea en el tiempo del campo eléctrico y comparar la distancia entre dos máximos, se obtendría la longitud de onda.

Por tanto, lo que se "mueve" son los campos eléctricos y magnéticos, no las cargas reales. Por lo tanto, los dibujos de las ondas de radio como haces de ondas son imágenes precisas de lo que está pasando, a menos que vayas a ondas de radio de muy baja intensidad donde tienes que empezar a pensar en la naturaleza cuántica de la radiación EM...

Answer 2

No hay desplazamiento de partículas en la radiación electromagnética

(O cualquier otro movimiento ondulatorio).

Esto se puede entender de la siguiente manera:

Un campo eléctrico que varía en el tiempo produce un campo magnético, del mismo modo un campo magnético que varía en el tiempo también produce un campo eléctrico.

En la radiación EM tenemos ambos campos que se inducen mutuamente de forma continua. Esta pareja de campos eléctricos y magnéticos es la que viaja en el espacio.

Espero que esto ayude.

Answer 3

Normalmente, la radiación electromagnética comienza con el movimiento de un electrón, una partícula cargada. Ya sea como una corriente variable, por ejemplo en una antena, o dentro de un átomo cuando un electrón cae a un estado de energía más bajo y cambia de carcasa dentro del átomo. En cualquiera de los dos casos se produce un cambio en el movimiento de la carga, que emite energía en forma de fotón, es decir, un quantum de radiación electromagnética u onda luminosa.

La onda luminosa se desplaza a la velocidad de la luz y, en función de la energía implicada, que determina la velocidad del movimiento del electrón, la onda se producirá en un periodo de tiempo más o menos largo. Esto determina la longitud de onda y la frecuencia de la onda, ya que los fotones más energéticos se producen más rápidamente y, por tanto, tienen una longitud de onda más corta que sus primos menos energéticos.

Por lo tanto, el electrón no tiene que moverse mucho para producir una longitud de onda larga, sólo tiene que moverse con menos pérdida de energía.