Toenemende warmte bij langere golflengte

Menswetenschappen, natuurwetenschappen, cultuurwetenschappen, formele wetenschappen, toegepaste wetenschappen, interdisciplinair, ...

Toenemende warmte bij langere golflengte

Berichtdoor The Menace » 14 feb 2017, 01:25

Beste Skeppers,

Even een technische vraag aan degene die hier verstand van heeft.
Ik heb al met diverse zoektermen gezocht naar informatie, maar het wordt me niet helemaal duidelijk. Vandaar dat ik het hier eens probeer.

Als je de temperatuur meet van verschillende kleuren licht, merk je dat kleuren met een langere golflengte een hogere warmte leveren.
Het licht dat we niet meer kunnen zien, omdat het te lange golflengten heeft, namelijk infrarood, is nog warmer.
Wil je zoveel warmte dat je je eten ermee op kunt warmte, dan kun je dat doen met microgolven, namelijk in de magnetron.

Dat lijkt erop dat hoe langer de golflengte is, of hoe lager de frequentie, hoe hoger de temperatuur is. Radiogolven zouden zo beredeneerd dus nóg warmer zijn.

Vraag 1): klopt dat? Brengen radiogolven meer warmte over dan microgolven, die op hun beurt meer warmte overbrengen dan infrarood, etc.? En zijn gammastralen dan het koudst?

Vraag 2): als het antwoord op vraag 1 'ja' is, hoe kan dat? Mijn gevoel zegt dat een hogere frequentie meer energie - en dus warmte - over zou moeten brengen, maar het tegenovergestelde lijkt het geval. Is dat niet vreemd?

Alvast bedankt!
Groetjes, Dennis
Utinam logica falsa tuam philosophiam totam suffodiant.
Avatar gebruiker
The Menace
 
Berichten: 619
Geregistreerd: 30 mei 2008, 10:33
Woonplaats: Nijmegen

Re: Toenemende warmte bij langere golflengte

Berichtdoor Blueflame » 14 feb 2017, 20:31

The Menace schreef:Beste Skeppers,

Even een technische vraag aan degene die hier verstand van heeft.
Ik heb al met diverse zoektermen gezocht naar informatie, maar het wordt me niet helemaal duidelijk. Vandaar dat ik het hier eens probeer.

Als je de temperatuur meet van verschillende kleuren licht, merk je dat kleuren met een langere golflengte een hogere warmte leveren.

Dag Dennis.

Waarom denk je dat? Of te: waar haal je dat?
Via: https://nl.wikipedia.org/wiki/Elektroma ... h_spectrum
"Het spectrum laat zich van lage naar hoge frequentie (maar ook energieniveau per foton en daarmee van grote naar kleine golflengte) als volgt in een tabel zetten.

Zie dan onderaan de tabel, waar de kleuren staan.
De bovenste is in Hertz, dus de frequentie.
Beschouw: rood links en het blauwe aan de rechterkant.
Dan daaronder. Daar staat rood toch ook links (koeler) en blauw rechts (warmer)?

Het licht dat we niet meer kunnen zien, omdat het te lange golflengten heeft, namelijk infrarood, is nog warmer.

Neen dus.
Wil je zoveel warmte dat je je eten ermee op kunt warmte, dan kun je dat doen met microgolven, namelijk in de magnetron.

Jazeker. Maar verschillende factoren spelen een rol buiten de frequentie. De dichtheid (het Energieniveau per foton) speelt immer ook een rol. Noem het maar het vermogen. Ook dat speelt een rol. [veldsterkte]

Zie: https://nl.wikipedia.org/wiki/Elektroma ... h_spectrum
"Er bestaat een heel spectrum van elektromagnetische straling van verschillend energieniveau per foton. De straling met een lager energieniveau per foton heeft een grotere golflengte dan de straling met een hoger energieniveau per foton. "
Grotere golflengte = kleinere frequentie = lager energieniveau per foton.
Of: hogere frequentie = hoger energieniveau per foton.

Dit verhaal is niet compleet maar kan je hiermee verder (zoeken)?

Mvg.


Dat lijkt erop dat hoe langer de golflengte is, of hoe lager de frequentie, hoe hoger de temperatuur is. Radiogolven zouden zo beredeneerd dus nóg warmer zijn.

Vraag 1): klopt dat? Brengen radiogolven meer warmte over dan microgolven, die op hun beurt meer warmte overbrengen dan infrarood, etc.? En zijn gammastralen dan het koudst?

Vraag 2): als het antwoord op vraag 1 'ja' is, hoe kan dat? Mijn gevoel zegt dat een hogere frequentie meer energie - en dus warmte - over zou moeten brengen, maar het tegenovergestelde lijkt het geval. Is dat niet vreemd?

Alvast bedankt!
Groetjes, Dennis[/quote]
Nonsense is our core business
Avatar gebruiker
Blueflame
Site Admin
 
Berichten: 4036
Geregistreerd: 20 okt 2006, 12:43

Re: Toenemende warmte bij langere golflengte

Berichtdoor Jefke » 14 feb 2017, 23:27

Toch even nuanceren. Er zijn twee zaken die je niet door elkaar mag gooien en ik heb de indruk dat dat hier gebeurt.
1) De zwarte straler.
Een zwarte straler is gewoon materie die geen licht weerkaatst (het is een geïdealiseerd model waarmee in de fysica gewerkt wordt), straalt licht uit waarvan de frequentie een functie is van de temperatuur van die zwarte straler. https://nl.wikipedia.org/wiki/Zwarte_straler. Alle materie voldoet aan de eigenschappen van een zwarte straler maar de berekeningen zijn wat ingewikkelder omdat echte materie altijd wat licht weerkaatst en dat verstoort het beschreven verschijnsel.
Dus, hoe warmer een zwarte straler (of gelijk welke materie), hoe hoger de frequentie van de elektromagnetische straling die het als gevolg van die warmte uitstraalt. Vandaar dat de gloeidraad van een elektrisch vuurtje of een broodrooster rood kleurt (en eigenlijk vooral infrarood kleurt, maar dat kan je met je ogen niet zien. --zie hierover verder punt 2) terwijl een gloeilamp met een gloeidraad van wolfram veel witter licht geeft. De gloeidraad van het elektrisch vuurtje heeft een temperatuur van enkele honderd graden, terwijl de gloeidraad van de gloeilamp meer dan 2000°C is (tussen 2700 en 3000°). (die straling is niet één frekwentie, maar een sprektrum van verschillende frekwenties met zijn piek bepaald door zijn "kleurtemperatuur". zie: wet van Wien https://nl.wikipedia.org/wiki/Verschuivingswet_van_Wien
Merk op dat dit niet geldt voor LEDlampen en buislampen omdat die volgend een ander principe werken.

2) elektromagnetische straling / warmtestraling en energie.
Elektromagnetische straling is alle straling bestaande uit fotonen, met verschillende frequenties. Zoals Blueflame uitlegde, gaande van radiogolven tot gammastraling. De energie van die straling(de energie van één foton van zo'n straling) is evenredig met zijn frequentie. Gammastraling heeft dus de hoogste energie en radiogolven de laagste. Zichtbaar licht zit ergens tussenin en heeft voldoende energie om ons netvlies te beïnvloeden, fotosynthese en zonnepanelen te beïnvloeden. Infrarood heeft dus minder energie dan zichtbaar licht wegens een lagere frequentie en microgolven nog minder (vandaar dat Wifi, GSM en microgolfovens op dat vlak ongevaarlijk zijn).
Ultraviolet heeft een hogere energie dan zichtbaar licht en daardoor kan het oa schade toebrengen aan onze huid.
Maar die energie heeft eigenlijk niets met warmte te maken.
Wat warmtestraling genoemd wordt, is infrarood licht. (Bepaalde) infraroodstraling voelt ook warm aan en is in staat om materie op te warmen. Zichtbaar licht kan dat niet. dat lijkt tegenstrijdig met wat ik hierboven schreef. Waarom dat zo is zal ons te ver leiden, maar het heeft te maken met "bandgap". Het is ook zo dat alle materie die niet gekoeld is tot het absolute nulpunt een zekere hoeveelheid infraroodstraling afgeeft volgens het principe 1.

Dus: hogere frequenties van licht zijn niet warmer, maar bevatten wel meer energie. Warmtestraling is licht met net een lagere frequentie dan zichtbaar licht. Tenslotte: "warm wit" licht zoals dat in de lichtindustrie genoemd wordt is licht dat een lagere (piek)frequentie heeft. De kleurtemperatuur die je tegenkomt op de verpakking van verlichting en bij het instellen van de witbalans van een foto- of filmtoestel komt overeen met het licht dat door een zwarte straler zou worden uitgezonden met die temperatuur. Dus: als je een LED lamp koopt met een kleurtemperatuur van 2700K (kelvin) dan komt dat ongeveer overeen met het kleur van een gewone gloeilamp omdat daar de wolframdraad ook ong. 2700K warm is. De LED-lamp zelf heeft echter nergens zo'n temperatuur. Dit wordt gesimuleerd door verschillende kleuren te mengen.
"That which can be asserted without evidence, can be dismissed without evidence." (Christopher Hitchens)
Avatar gebruiker
Jefke
 
Berichten: 199
Geregistreerd: 22 feb 2008, 22:51

Re: Toenemende warmte bij langere golflengte

Berichtdoor The Menace » 15 feb 2017, 01:33

Blueflame en Jefke, bedankt voor jullie reactie!

Blueflame schreef:Waarom denk je dat? Of te: waar haal je dat?


In eerste instantie uit de serie Cosmos - a spacetime odyssey. Daarin werd verteld hoe William Herschel wit licht brak met een prisma en vervolgens de temperatuur van de verschillende kleuren opnam. Ter controle legde hij een thermometer buiten het kleurenbereik, naast het rood. Die thermometer werd nog warmer dan de thermometer in het rood. Daarmee had hij infrarood ontdekt. En zo staat dat ook op Wikipedia.

Door de theorie van zwarte stralers had ik me ook al enigszins heen geworsteld, Jefke, maar wat voor kleur een zwarte straler aanneemt bij een bepaalde temperatuur, vind ik dan iets minder spannend (denk ik). Het gaat me er voornamelijk om waarom een thermometer in het infrarood warmer wordt dan in elektromagnetische straling met een andere frequentie. Of waarom infrarood dus bij uitstek DE frequentie is (of HET frequentiebereik, eigenlijk) waarop warmte wordt overgebracht.

Blueflame's opmerking over de magnetron klopt natuurlijk, dat ook het vermogen van een magnetron een rol speelt. Maar als EM-straling in het infrarood meer warmte levert dan met microgolven het geval is, zou een magnetron dan niet zuiniger zijn als er met infrarood gewerkt werd?
Het antwoord is natuurlijk 'nee', anders werd dat wel gedaan. Maar waarom?

Jefke schreef:Ultraviolet heeft een hogere energie dan zichtbaar licht... Maar die energie heeft eigenlijk niets met warmte te maken.
Wat warmtestraling genoemd wordt, is infrarood licht. (Bepaalde) infraroodstraling voelt ook warm aan en is in staat om materie op te warmen. Zichtbaar licht kan dat niet. dat lijkt tegenstrijdig met wat ik hierboven schreef. Waarom dat zo is zal ons te ver leiden, maar het heeft te maken met "bandgap".


Nee, dat voert niet te ver, dat is juist precies wat ik probeer te begrijpen.
Als ik op Wikipedia zoek naar 'bandgap', krijg ik iets over halfgeleiders en geleidings- en valantiebanden. Maar dat gaat volgens mij over materie en niet over straling. Of bestaat (warmteoverdracht door) warmtestraling toch bij de gratie van het uitsluitingsprincipe van Pauli?
Utinam logica falsa tuam philosophiam totam suffodiant.
Avatar gebruiker
The Menace
 
Berichten: 619
Geregistreerd: 30 mei 2008, 10:33
Woonplaats: Nijmegen

Re: Toenemende warmte bij langere golflengte

Berichtdoor Jefke » 15 feb 2017, 22:20

Menace,
Een beetje vereenvoudigd uitgelegd: Bandgap is een (kwantummechanische) afstand die een elementair deeltje moet afleggen om in een hogere energietoestand te komen. Bij elektronen is dat een valentieband op het atoom waarvan ze deel uitmaken. Om in die hogere energietoestand te komen moeten ze een hoeveelheid energie van ergens anders binnen krijgen. dat "ergens anders" is een foton (dus een lichtdeeltje). De energie van die foton moet overeenkomen met de hoeveelheid energie die nodig is om het elektron naar ene hogere band te brengen. Als het te weinig is, dan wordt het foton door het elektron niet opgenomen en vervolgt het foton gewoon zijn weg door het rooster van het materiaal, of wordt het teruggekaatst. Als de bandgap wel overeen komt, dan zal de elektron de foton omzetten in potentiële energie die erin bestaat dat hij in die hogere baan terecht komt. Om daarna terug naar beneden te vallen en daarbij de energie weer vrij te geven. Dat kan zijn onder een andere vorm van straling, of door het elektron volledig los te slaan, in de vorm van elektriciteit (bij het fotoelektrisch effect bij bvb. een fotocel) of in een andere vorm, zoals ionisatie bij fotosynthese.
Bij warmtestraling, is de energie van een foton daarvoor te laag en kan het foton alleen de atomen harder doen trillen. En dat is warmte. Warmte (niet stralingswarmte) is niets anders dan bewegende deeltjes. Bij gas en vloeistof zijn dat moleculen die heel snel door elkaar in alle richtingen vliegen (vandaar ook dat de druk in een vat met gas stijgt als je het opwarmt. De deeltjes botsen gewoon met een hogere snelheid tegen de wanden van het vat). Bij vaste materie zijn dat de roosterelementen (atomen bij metalen, moleculen anders) die harder gaan trillen (en als ze zo hard gaan trillen dat ze van het rooster los trillen, dan spreken we van "smelten"). Koken of verdampen is trouwens niets anders dan dat de vloeistofmoleculen zo snel gaan bewegen dat ze niet meer bij elkaar gehouden kunnen worden en door hun snelheid ontsnappen.

Dat is heel sterk vereenvoudigd, maar de diepere details zijn voor mij te lang geleden. Ik ben al 25 jaar afgestudeerd en sindsdien hier niet meer mee bezig geweest.
"That which can be asserted without evidence, can be dismissed without evidence." (Christopher Hitchens)
Avatar gebruiker
Jefke
 
Berichten: 199
Geregistreerd: 22 feb 2008, 22:51

Re: Toenemende warmte bij langere golflengte

Berichtdoor The Menace » 17 feb 2017, 00:37

Dankjewel, Jefke, dat is een vrij heldere uitleg.

Als ik het goed begrijp kan dus elke EM-straling met een hogere frequentie dan infrarood een elektron naar een hogere schil brengen - waarna er van alles kan gebeuren - terwijl infrarood alleen het atoom in zijn geheel harder kan laten trillen en dus 'warmer' kan maken.

Ik ben zo vrij om er vanuit te gaan dat de afstandsbediening van je televisie nabij-infrarood gebruikt en dat de fotonen daarvan, met golflengten van 0,78 tot 3 µm, meer kunnen dan alleen de atomen van je tv in hun geheel opwarmen. Als ik fout zit, hoor ik het graag.

Maar hoe zit het met micro- en radiogolven?
Microgolven zijn blijkbaar toch in staat het overgebleven prakje eten van gisteren op te warmen. Of je hamster, als je daar een hekel aan hebt. Waarom wordt in je magnetron geen infrarood gebruikt?
En 'passen' de lagere frequenties van radiogolven juist weer beter bij bepaalde atomen, waardoor ze toch weer voor een elektrische stroom kunnen zorgen (in bijvoorbeeld je telefoon en je radio)?
Utinam logica falsa tuam philosophiam totam suffodiant.
Avatar gebruiker
The Menace
 
Berichten: 619
Geregistreerd: 30 mei 2008, 10:33
Woonplaats: Nijmegen

Re: Toenemende warmte bij langere golflengte

Berichtdoor Jefke » 17 feb 2017, 23:01

tamelijk juist. Infrarood is eigenlijk een verzamelnaam van verschillende groepen golflengte. Er zijn bepaalde halfgeleiders waarvan de bandgap wel door infrarood kan overbrugd worden. Die worden in afstandsbedieningen (de ontvanger in je TV dan) en infraroodcamera's (en nachtkijkers) gebruikt. Een LED straalt monochromatisch (dat betekent dat het maar één frequentie uitzendt) bovendien is zijn vermogen heel laag. om die redenen voel je de warmte er niet van.

Ik vreesde dat je de vraag over de microgolven ging stellen. :) Hier komt het antwoord:
Warmteopwekking bij microgolfovers werkt volgend een ander mechanisme. De uitleg uit de vorige delen gaan over het deeltjesgedrag van EM-straling (electromagnetische straling). De werking van microgolfovens is het gevolg van het golfgedrag van EM-straling. Een van de belangrijke inzichten van de kwantummechanica is dat je elementaire deeltjes zowel deeltjes (in quanta of ondeelbare eenheden) als als golven kan zien. (merk op dat dat niet alleen geldt voor fotonen, maar ook voor elektronen, protonen etc. Het is in theorie zelfs mogelijk om de golfvergelijking van een mens te schrijven, maar in de praktijk is de wiskunde ervan onoplosbaar wegens te complex).
Bij microgolven is de golflengte veel groter. In de grootteorde centimeters. Daardoor ontstaat er een elektromagnetisch veld tussen de pieken en de dalen van die golf. Een deeltje dat een elektrische dipool heeft, zal zich dan leggen in de richting van dat veld.
Misschien eerst uitleggen wat een elektromagnetisch veld is: neem twee platen en zet die parallel tegenover elkaar op 0,5 m van elkaar. verbindt ze met een batterij van 12V. De ene plaat aan de "min"-pool en de andere aan de "plus"-pool. Dan ontstaat er een elektromagnetisch veld tussen beide platen met een sterkte van 24V/m (volt per meter). Positief geladen voorwerpen die je tussen beide platen legt zullen aangetrokken worden door de negatief geladen plaat en negatief geladen voorwerpen door de positief geladen plaat. (dat is hetzelfde effect dat je hebt als lang haar gaat rechtstaan tijdens onweer etc...)

Nu, terug naar de microgolf:
Wat is een dipool: dat zijn deeltjes (normaal gezien moleculen) die aan één kant positief geladen zijn en aan de andere kant negatief. Een voorbeeld van zo'n molecule is water. De 2 waterstofatomen staan een beetje aan één kant van het zuurstofatoom. Bij deze verbinding trekt het zuurstofatoom de elektronen van de twee waterstofatomen naar zich toe (waarom dat is, is dan weer chemie. -- hieronder een afbeelding van een watermolecule).
Afbeelding

Dus, de negatief geladen kant van water (de O-kant) wordt aangetrokken door het EM-veld dat ontstaat door de microgolven en de H-kant wordt afgestoten door het EM-veld.
Maar de microgolf is... een golf. Dat betekent dat dat veld voortdurend van richting verandert. Hoe snel? dubbel zo snel als de frequentie van de golf. De microgolven in ovens zitten rond de 2,4GHz (gigahertz) wat betekent dat de polarisatie van het veld 4,8 miljard keer per seconde van richting verandert. De watermoleculen proberen deze verandering te volgen en daardoor krijgen ze steeds meer beweging. En zoals ik de vorige keer schreef is warmte net beweging van de deeltjes van een stof. Dat is de reden waarom het eten opwarmt in de microgolfoven.
In het meeste eten zit water of een andere polaire stof, zodat alle eten op die manier warm wordt, terwijl het glazen, plastic of keramische potje waar het in zit niet warm wordt omdat daar geen dipole moleculen in zitten. (Het potje wordt een beetje warm, maar dat is door geleiding van de warmte van het eten dat erin zit.)
Zo zie je ook het verschil met infraroodstraling. Als je het eten onder de grill zet, die infrarood straalt, wordt het potje wel warm. Nog een verschil: het elektrisch veld van de microgolfoven gaat door alle materialen heen die niet geleidend zijn. (geleiders zullen ze reflecteren) Daarom wordt het eten in het potje warm ondanks het feit dat er een deksel op staat. Daarom zijn ook de wanden van de microgolfoven van metaal.
"That which can be asserted without evidence, can be dismissed without evidence." (Christopher Hitchens)
Avatar gebruiker
Jefke
 
Berichten: 199
Geregistreerd: 22 feb 2008, 22:51

Re: Toenemende warmte bij langere golflengte

Berichtdoor LORENZO » 18 feb 2017, 02:10

Als we wit licht door een prisma laten vallen, dan krijgen we het spectrum van elektromagnetische straling.
Er is zichtbare en onzichtbare straling. Zichtbaar is ROGGBIV; infrarood is onzichtbaar, zo ook radiogolven.
Radiogolven, microgolven, infrarood zijn lange golven. De golflengte is lang en de frequentie is laag. Ze hebben minder energie = minder trillingen per sec.
Ze zijn ook niet ioniserend. E = h.f
De energie is recht evenredig met de frequentie en omgekeerd evenredig met de golflengte (h is de constante van Planck).


Vanaf hogere UV-frequentie beginnen de golven al lichtjes met de materie in interactie te gaan; (soms gebruikt men hoge frequentie UV om bacteriën te doden).
UV zorgt ook dat je huid bruin kleurt.

Ga je nog verder in frequentie, dan krijg je röntgenstralen enz. Dit worden bijna meer deeltjes dan het nog golven zijn. Deze geven invloed op de materie en kunnen ons DNA beinvloeden omdat ze ioniserend zijn.

Er bestaat ook warmtestraling. Dit kunnen luchtmoleculen zijn die sneller trillen en dan gaat warmte altijd van warm naar koud (wet van de thermodynamica), nooit omgekeerd; tenzij je energie (en ook wanorde) toevoegt.
Warmte kan echter ook elektromagnetische straling zijn; bijv. de warmte van de zon: die golven hebben ongeveer 8 minuten nodig om bij ons te geraken, maar ze bewegen door het luchtledige!

Als je een voorwerp opwarmt, zal het eerst rood worden, dan pas blauw.
Hoe hoger de temperatuur, hoe meer trillingen en hoe hoger de frequentie.

Maar...

Stel: je laat wit zonlicht door een prisma vallen zodat je het spectrum van elektromagnetische straling krijgt, en je plaatst in elke kleur een thermometer.
Dan zal de temperatuur in het infrarood hoger zijn dan in het UV.
Het is zo dat het infrarood meer een frequentie is waarbij de energie in de vorm van warmte wordt overgedragen.
UV en hogere frequenties, zijn meer frequenties waar de energie minder in de vorm van warmte wordt overgedragen, meer in een andere vorm; toch is het energetischer.

Dus, als je, golven ontvangt van een ster, bijv. radiogolven, dan zijn die minder energetisch dan bijv. röntgengolven.
Echter de afstand van de ster speelt ook een rol.

Rood heeft minder energie dan violet.

Een roodgloeiend voorwerp is al voor ons echt heet.

Ik denk dat we een soort Gausscurve over meerdere frequenties krijgen, waarbij de top van de curve zich verplaatst naar hogere frequenties naarmate het meer energie heeft.



En feitelijk werd het probleem van de UV-catastrofe opgelost door Max Planck. Het zijn energiekwanta; wat ook overeenkomt met het fotoelektrisch effect ; een foton.
LORENZO
 
Berichten: 180
Geregistreerd: 17 nov 2009, 23:00

Re: Toenemende warmte bij langere golflengte

Berichtdoor The Menace » 18 feb 2017, 10:15

Lorenzo, voor ik die eerste vraag stelde had ik me al redelijk ingelezen over wat je vertelt. Het meeste wist ik dus al, maar toch bedankt voor je bijdrage, die wordt zeker gewaardeerd :)

Jefke, ik denk dat het zo helemaal duidelijk is. Het kan altijd gedetailleerder natuurlijk, maar het hoeft van mij niet op universitair niveau, dit is voldoende. Ontzettend bedankt voor je toch uitgebreide uitleg, hier kan ik verder mee!

Groetjes, Dennis
Laatst bijgewerkt door The Menace op 18 feb 2017, 18:55, in totaal 1 keer bewerkt.
Utinam logica falsa tuam philosophiam totam suffodiant.
Avatar gebruiker
The Menace
 
Berichten: 619
Geregistreerd: 30 mei 2008, 10:33
Woonplaats: Nijmegen

Re: Toenemende warmte bij langere golflengte

Berichtdoor pitman » 18 feb 2017, 16:09

Hoi Lorenzo,

welke energie-vorm zien we dan bij uv?

grtn
pitman
 
Berichten: 171
Geregistreerd: 27 jan 2009, 17:09
Woonplaats: gent

Re: Toenemende warmte bij langere golflengte

Berichtdoor LORENZO » 19 feb 2017, 03:03

Het spectrum van elektromagnetische straling:


Frequenties lager dan IR (bijv. radiogolven) is zwakste wisselwerking.

De laagste frequenties, die werken in de vorm van infrarood, uitgezonden door moleculen en hete lichamen; vanaf hier moleculaire en atomaire wisselwerking.
Dan heb je zichtbaar licht.
Dan UV; bij elektrische ontladingen; chemische reacties.

Dan röntgenstralen; vanaf hier ioniserend + dissociatie van moleculen.
Dan gammastralen: elektromagnetische golven uit de atoomkern; bij verval van radioactieve stoffen en kernreactoren. kerntransmutaties.

Veel terug te vinden in: "deel 3 golven fundamentele natuurkunde Alonso en Finn."
LORENZO
 
Berichten: 180
Geregistreerd: 17 nov 2009, 23:00

Re: Toenemende warmte bij langere golflengte

Berichtdoor Jefke » 19 feb 2017, 21:27

Lorenzo,
Je zou best nog eens mijn eerste post lezen want veel van wat je schrijft klopt toch niet helemaal.

Verder nog dit:
Dus, als je, golven ontvangt van een ster, bijv. radiogolven, dan zijn die minder energetisch dan bijv. röntgengolven.
Echter de afstand van de ster speelt ook een rol.

Eigenlijk niet. Eigenlijk verliest een foton geen energie door een afstand af te leggen. Wat er wel gebeurt is dat het heelal uitdijt. Daardoor worden fotonen die ergens vertrokken zijn uitgerokken waardoor ze een roodverschuiving krijgen. Dus, een lagere frequentie en een lagere frequentie betekent minder energie volgens de wet van Planck. Maar golven die je ontvangt van een bepaalde frequentie bevat altijd dezelfde hoeveelheid energie, bepaald door de formule van plank: E=h.v . De energie van een foton = de constante van Planck maar de frequentie van het foton. (de "v" moet een griekse "nu" zijn, maar ik weet niet hoe je griekse letters in dit forum moet typen). De afstand tot debron zit daar niet in.
Je mag ook de totale uitgestraalde energie niet verwarren met de energie van de uitgestraalde fotonen. Van verre sterrenstelsels zal je inderdaad minder energie ontvangen omdat ze verder staan en de totale hoeveelheid energie zich over een grotere oppervlakte verdeeld waardoor er op eenzelfde oppervlak minder energie valt. (de relatie is omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand, zoals Gauss ons met zijn fluxwet heeft voorgerekend. opgepast: dezelfde wetenschapper als die van de klokkromme uit waarschijnlijkheidsleer en statistiek, maar voor de rest hebben beide formules niets met elkaar te maken)
Ik denk dat we een soort Gausscurve over meerdere frequenties krijgen, waarbij de top van de curve zich verplaatst naar hogere frequenties naarmate het meer energie heeft.


Nee, dat is geen Gauskromme. Het is is een kromme die loopt volgend de wet van Planck. (niet verwarren met de formule van Planck van daarstraks). Hieronder een afbeelding van die vergelijking:

Afbeelding
"That which can be asserted without evidence, can be dismissed without evidence." (Christopher Hitchens)
Avatar gebruiker
Jefke
 
Berichten: 199
Geregistreerd: 22 feb 2008, 22:51

Re: Toenemende warmte bij langere golflengte

Berichtdoor LORENZO » 19 feb 2017, 23:26

Jefke schreef:Lorenzo,
Je zou best nog eens mijn eerste post lezen want veel van wat je schrijft klopt toch niet helemaal.

Zal ik zeker doen.
Bedankt ook voor je reactie.
LORENZO
 
Berichten: 180
Geregistreerd: 17 nov 2009, 23:00

Re: Toenemende warmte bij langere golflengte

Berichtdoor The Menace » 20 feb 2017, 06:59

Jefke, toch nog een vraag eigenlijk.

Microgolven worden niet alleen in een magnetron gebruikt, maar als ik me niet vergis ook bij radar, gps, je mobieltje en wifi. En radiogolven, met nóg minder energie, voor radio, portofoons, etc. Dat zijn toch allemaal elektrische apparaten, waarvan ik me voor kan stellen dat de EM straling daar toch weer iets met de elektronen zal moeten bewerkstelligen.
Wordt in al die apparaten gebruikt gemaakt van supergeleiders of iets dergelijks, of interpreteer ik iets weer helemaal verkeerd?
Utinam logica falsa tuam philosophiam totam suffodiant.
Avatar gebruiker
The Menace
 
Berichten: 619
Geregistreerd: 30 mei 2008, 10:33
Woonplaats: Nijmegen

Re: Toenemende warmte bij langere golflengte

Berichtdoor Jefke » 20 feb 2017, 23:19

Ja, maar niet zoals bij licht, wel zoals in de microgolfoven, bij dergelijke apparaten maak je gebruik van een antenne die het (wisselend) elektrische veld van de EM-golven opvangt. Een antenne is optimaal een geheel aantal keer de lengte van een halve golflengte.
Als je die dan in een EM-veld zet, ontstaat er in de antenne een staande golf. Wat is een staande golf? Als je naar de zee kijkt, dan zie je de golven vooruit bewegen. Als je een opblaasbaar kinderzwembad het water agiteert (door erin te springen of een steen te gooien) dan zie je dat er aanvankelijk concentrische golven weg van de plaats van agitatie bewegen. Totdat ze de rand van het bad raken en dan zie je eventjes dat de gold wordt teruggekaatst. Maar dan ontstaat een staande golf. Je ziet de golf niet meer bewegen, maar de buiken en dalen blijven ter plaatse op en neer bewegen. Tussen de buiken en dalen zie plaatsen waar de golf niet beweegt, en aan de randen zal dat in principe ook zo zijn. Merk op dat je ook staande golven kan krijgen in een inham van de zee die slechts enkele golflengtes groot is. Dat is de waterversie van een antenne.
Datzelfde effect wordt trouwens gebruikt in een klankkast van een instrument (daarom dat een basinstrument groter is dan een sopraan. De klankkast moet groter zijn omdat de golflengte van golven met een lagere frequentie langer zijn). En ook bij snaren. De lengte van een snaar moet een geheel aantal halve golflengtes zijn om op een bepaalde frequentie te trillen. (hierbij wordt de golflengte bepaald door de snelheid van het geluid over de snaar, niet door de lucht. En die snelheid wordt op zijn beurt bepaald door de dikte en de spanning van de snaar). Deze staande golven ontstaan ook in een microgolfoven, daarom dat het eten soms op sommige plaatsen niet opwarmt (waar de knopen in de golf zitten). En daarom hebben veel microgolfovens een draaischijf die ervoor zorgt dat niet altijd dezelfde delen in dit knopen zitten.

Terug naar de antenne: die zal dus optimaal golven opvangen van een frequentie die (ongeveer) overeen komt met (een deel van) zijn lengte. Daarom dat de antenne van een wereldradio veel langer is dan die van een Wifi router.

Nu, essentieel is dat de antenne bestaat uit een metaal en dus geleidend is. In een metaal zitten vrije elektronen. Dat zijn elektronen die aan geen enkel atoom in het metaalrooster gebonden zijn (we spreken van een elektronenwolk) en vrij door het metaalrooster kunnen bewegen. (dat in tegenstelling tot niet-metalen waar alle elektronen vast in de valentiebanden van de atomen of moleculen zitten). Metalen geven graag de elektronen van hun buitenste schil af, terwijl niet-geleiders (of niet-metalen) graag hun ontbrekende valentiebanden opvullen. Dat is de reden dat metalen en niet metalen (bvb. Natrium en Chloor) gemakkelijk chemisch binden (in ons voorbeeld tot NaCl of keukenzout). Het niet-metaal is blij om de elektronen over te nemen van het metaal waardoor een zout ontstaat. Halfgeleiders zitten er tussenin. Die durven wel eens een elektron los te laten, maar dan proberen ze er toch één van hun buur af te pakken. Daardoor ontstaat er zowel een elektronenstroom als een "gaten"stroom (gaten zijn gewoon positief geladen gebieden die ontstaan omdat er een elektron verdwijnt. Wat wel interessant is om weten is dat we in de kwantumfysica perfect een golfvergelijking van een gat kunnen uitrekenen en daar alerlei fysische eigenschappen aan toewijzen. Die gaten gedragen zich dus echt als deeltjes)

Voor alle duidelijkheid, bij dingen die wij als voedsel zien (en water) zijn er niet echt vrije elektronen zoals bij metalen. Daarom dat de moleculen in hun geheel gaan bewegen en zo opwarmen in een microgolfoven. Als je metaal in een microgolf legt, dan zal die de golven reflecteren. (dat heeft ook met die staande golven te maken, maar ik weet niet meer hoe dat precies in elkaar zit).

Dus, in een metaal zitten er vrije elektronen. Als je over een metaal een elektromagnetisch veld zet, dan zullen de elektronen in dat metaal bewegen in de richting van de positieve pool van het EM-veld. Als je daarbij ervoor zorgt dat je aan de ene kant voortdurend nieuwe elektronen aanbrengt, dan zal de elektronenstroom blijven vloeien. Dat kan je heel eenvoudig doen door de kring te sluiten. Dat wil zeggen: als jouw metaal een draad is, dan leg je een batterij tussen de twee uiteinden van die draad. De batterij zorgt voor het EM-veld en de draad zorgt dat de kring gesloten is.

Volgende stap: dus leg je daar geen constant EM-veld aan, maar een wisselend. bvb: door de EM-staling van radiogolven op te vangen met een antenne zoals hierboven beschreven. Dan zullen de vrije elektronen in de antenne heen en weer bewegen in cadans met het EM-veld. Als je dat signaal dan versterkt en filtert (zodat je enkel de gewenste frequentie hebt) kan je dat signaal verder verwerken in de elektronica die erachter zit.

Belangrijk punt: er is dus een belangrijk verschil met het foto-elektrisch effect dat ik in mijn eerste posts beschreef. Bij het foto-elektrisch effect wordt een valentieelektron (dus een elektron die vast zit aan het atoom of de molecule) door het licht naar een hogere valentie gebracht of losgeslagen (waardoor je een lading krijgt die stroom kan produceren zoals bij een zonnecel). Die afstand is zeer precies en komt overeen met de bandgap tussen beide valentieniveaus (of minstens de bandgap tussen de valentietoestand en het minimale energieniveau van de vrije toestand) en die moet overeenkomen met de energie van het foton. In het geval van radiocommunicatie, worden de vrije elektronen van een metaal in beweging gebracht door het elektromagnetisch veld dat in een antenne ontstaat als die in een EM-veld geplaatst wordt.

Ik moet zeggen dat terwijl ik het schrijf de stukjes in mijn geheugen terugkomen. :)
"That which can be asserted without evidence, can be dismissed without evidence." (Christopher Hitchens)
Avatar gebruiker
Jefke
 
Berichten: 199
Geregistreerd: 22 feb 2008, 22:51

Re: Toenemende warmte bij langere golflengte

Berichtdoor The Menace » 21 feb 2017, 07:09

Kijk, weer een mysterie opgelost…

Jefke schreef:Ik moet zeggen dat terwijl ik het schrijf de stukjes in mijn geheugen terugkomen. :)


En dat kan vast geen kwaad :D

Nogmaals bedankt voor de uitgebreide uitleg. Daar ben ik erg blij mee en dankbaar voor!

Dennis
Utinam logica falsa tuam philosophiam totam suffodiant.
Avatar gebruiker
The Menace
 
Berichten: 619
Geregistreerd: 30 mei 2008, 10:33
Woonplaats: Nijmegen

Re: Toenemende warmte bij langere golflengte

Berichtdoor LORENZO » 03 maart 2017, 21:15

The Menace schreef:Blueflame en Jefke, bedankt voor jullie reactie!

Blueflame schreef:Waarom denk je dat? Of te: waar haal je dat?


In eerste instantie uit de serie Cosmos - a spacetime odyssey. Daarin werd verteld hoe William Herschel wit licht brak met een prisma en vervolgens de temperatuur van de verschillende kleuren opnam. Ter controle legde hij een thermometer buiten het kleurenbereik, naast het rood. Die thermometer werd nog warmer dan de thermometer in het rood. Daarmee had hij infrarood ontdekt. En zo staat dat ook op Wikipedia.



Je zal het nooit geloven, maar ik had een beetje hetzelfde probleem. Eerst dacht ik hogere frequentie, meer energie, meer warmte. Maar die hogere temperatuur met de thermometer in het infrarood in de serie Cosmos - A Spacetime Odyssey, bracht mij ook in verwarring waardoor ik het totaalbeeld verloor. Ik dacht eerst dat het een fout was. Bij nader inzien kon ik me moeilijk voorstellen dat een astrofysicus daarin zou missen; heb daarna ook proberen te zoeken. De rest van de serie heb ik redelijk begrepen, daar de man het eenvoudig uitlegt. Is mooie serie.
Heb ook de originele Cosmos gezien van Carl Sagan; vind ik prachtig; een aanrader voor wie van de sterren en het heelal houdt. Vooral de laatste aflevering heeft bij mij een diepe indruk nagelaten.
Sindsdien hem een beetje gaan beschouwen als een held van de mensheid.

Is prachtig dat zij dat aan anderen proberen uit te leggen en onderzoek doen die de mens dichterbij kan brengen. Kennis is macht.
(Wel even opletten dat mensen met slechte bedoelingen die kunnen misbruiken om er slechte dingen mee te doen).

Van op afstand bekeken is de aardbol slechts een zandkorrel in een quasi oneindig uitgestrekte ruimte. Maar wel heel veel volk; en (misschien voorlopig) hebben we maar die aardbol.
Dit maakt het tegelijk ook wel wat gevaarlijk voor ons.

Feitelijk kunnen we de aarde een beetje als onze voorvader beschouwen.
LORENZO
 
Berichten: 180
Geregistreerd: 17 nov 2009, 23:00


Keer terug naar Wetenschap

Wie is er online

Gebruikers op dit forum: Geen geregistreerde gebruikers. en 1 gast