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Quantenmechanik, Relativitätstheorie und der ganze Rest. Wenn Sie Themen diskutieren wollen, die mehr als Schulkenntnisse voraussetzen, sind Sie hier richtig. Keine Angst, ein Physikstudium ist nicht Voraussetzung, aber man sollte sich schon eingehender mit Physik beschäftigt haben.

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  #1  
Alt 06.12.12, 21:12
PentaFox12 PentaFox12 ist offline
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Standard Elektron gibt Photon ab - wie geht das genau?

Hallo, bin neu im Forum, habe was Geisteswissenschaftliches studiert und schaue hier mal über meinen "Gartenzaun".

Großes Interesse an Quantenphysik - aber eben Laie.

Eine Frage, auf die ich bisher im Web noch keine Antwort gefunden habe, die ich auch verstehen konnte:

Das Elektron nimmt im Atom ein Photon auf - und gerät dadurch in einen höherenergetischen Zustand. Die Energie des Photons liegt in seiner Schwingungsfrequenz. In welcher Form liegt die aufgenommene Energie dann beim Elektron vor? Hat sich dessen Eigenfrequenz erhöht? Ist die Energieaufnahme eine Art Frequenzaddition? Die Ruhemasse des Elektrons ändert sich ja nicht.


Und bei der Emission eines Photons: Warum gibt das Elektron Energie in Form einer EM-Welle ab? Das elektrische und das magnetische Feld stehen ja senkrecht zueinander und zur Ausbreitungsrichtung - wie verursacht das Elektron dies? Hängt das mit seiner Spinausrichtung zusammen?
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  #2  
Alt 06.12.12, 22:38
amc amc ist offline
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Standard AW: Elektron gibt Photon ab - wie geht das genau?

Zitat:
Zitat von PentaFox12 Beitrag anzeigen
Das Elektron nimmt im Atom ein Photon auf - und gerät dadurch in einen höherenergetischen Zustand. Die Energie des Photons liegt in seiner Schwingungsfrequenz. In welcher Form liegt die aufgenommene Energie dann beim Elektron vor? Hat sich dessen Eigenfrequenz erhöht? Ist die Energieaufnahme eine Art Frequenzaddition? Die Ruhemasse des Elektrons ändert sich ja nicht.
Hi PentaFox12,

das Elektron als solches kann die Energie nicht aufnehmen bzw. abgeben. Es ist das Atom, das dies tut und Photonen immitiert und emittiert. Und dies hat zur Folge bzw. die Ursache ist, dass das Elektron in ein höheres oder niedrigeres Energie-Niveu "springt". Das Atom als Ganzes besitzt dann entsprechend mehr oder weniger Energie.

Grüße, amc

Geändert von amc (06.12.12 um 23:30 Uhr)
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  #3  
Alt 07.12.12, 01:30
Benutzerbild von JoAx
JoAx JoAx ist offline
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Standard AW: Elektron gibt Photon ab - wie geht das genau?

Willkommen bei uns, PentaFox12!

Als erstes ist das wichtig, was amc geschrieben hat. Positive Ladungen im Kern + negative Ladung des Elektrons nehmen die Energie des Photons auf, und "setzen" diese in die Vergrößerung ihres relativen Abstands zu einander um. Dieser Abstand kann aber nicht beliebig sein, sondern ist so etwas wie eine "Treppe" (Hauptenergieniveau im Bild) Ganz grob formuliert.

Der Spin, zusammen mit anderen Faktoren, verändert die tatsächliche "Höhe" des Niveaus, auf dem sich das Elektron dann befindet etwas. Thema - Feinstruktur.



Wenn man von Atomen und Photonen spricht, dann wird in der Regel nicht an em. Wellen gedacht. EM Wellen sind schon etwas eher makroskopisches - "sehr viele Photone", so zu sagen.


Gruß, Johann
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  #4  
Alt 07.12.12, 16:31
PentaFox12 PentaFox12 ist offline
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Standard AW: Elektron gibt Photon ab - wie geht das genau?

Ok, thx, das habe ich nun soweit verstanden:
Das Atom nimmt als Ganzes das Photon auf, das Energiepotential erhöht sich gegenüber dem Kern.

Und nun der nächste Denkschritt: Ein freies Elektron ist damit auf einem höheren Energielevel als ein gebundenes Elektron. Es befindet sich im sogenannten Kontinuum, habe ich wo gelesen.

Dieses freie Elektron ist aber doch fähig, Photonen aufzunehmen.
Was verändert sich dadurch? Ist es nur die kinetische Energie?
In einem elektrischen Feld wird ein Elektron beschleunigt - nimmt es da auch Photonen auf?
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  #5  
Alt 07.12.12, 16:40
amc amc ist offline
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Standard AW: Elektron gibt Photon ab - wie geht das genau?

Zitat:
Zitat von PentaFox12 Beitrag anzeigen
Ok, thx, das habe ich nun soweit verstanden:
Das Atom nimmt als Ganzes das Photon auf, das Energiepotential erhöht sich gegenüber dem Kern.

Und nun der nächste Denkschritt: Ein freies Elektron ist damit auf einem höheren Energielevel als ein gebundenes Elektron. Es befindet sich im sogenannten Kontinuum, habe ich wo gelesen.

Dieses freie Elektron ist aber doch fähig, Photonen aufzunehmen.
Was verändert sich dadurch? Ist es nur die kinetische Energie?
In einem elektrischen Feld wird ein Elektron beschleunigt - nimmt es da auch Photonen auf?
Da sollen dir mal andere antworten. Ich lasse es lieber.

Grüße, amc
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  #6  
Alt 07.12.12, 21:17
PentaFox12 PentaFox12 ist offline
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Standard AW: Elektron gibt Photon ab - wie geht das genau?

Von Einstein soll die Aussage stammen: Das Photon wird als Teilchen geboren (emittiert), - es lebt als Welle (breitet sich so im Raum aus) - und stirbt als Teilchen (Absorbtion)

Compton-Effekt: wenn ein Photon an einem Elektron gestreut wird:
Beim Stoß an einem quasi freien ruhenden Elektron übernimmt dieses ein Teil der Energie des Photons, dessen Energie sich dadurch vermindert. Das Elektron ändert seine Richtung. Da es wie ein elastischer Stoß wirkt, wird, wenn ich es richtig verstehe, die kinetische Energie des Elektrons erhöht.
Ergo: Photonenenergie nimmt ab: Frequenz reduziert sich
Elektronenenergie nimmt zu --> kinetische Energie steigt.
Es findet also eine Art von Energieumwandlung statt.

Was im Atom mit einem Photon passiert, kann ich mittlerweile einigermaßen nachvollziehen.
Wie aber ein Photon mit einem freien Teilchen wechselwirkt, verstehe ich nicht so ganz.

Kann ein einzelnes freies Masseteilchen ein Photon komplett absorbieren - und später wieder abgeben?

Wenn es ein Atom als Ganzes kann, geht es unter bestimmten Umständen auch mit einzelnen Teilchen? Und was verändert sich dadurch am Teilchen?

Wäre dankbar, wenn jemand dazu etwas Erhellendes anmerken könnte.
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  #7  
Alt 07.12.12, 21:38
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Standard AW: Elektron gibt Photon ab - wie geht das genau?

Zitat:
Zitat von PentaFox12 Beitrag anzeigen
Ein freies Elektron ist damit auf einem höheren Energielevel als ein gebundenes Elektron. Es befindet sich im sogenannten Kontinuum, habe ich wo gelesen.
Zunächst - es gibt zwei Arten der freien Elektronen

1. Tatsächlich freie Elektronen, die sich auch nicht in einem irgendwie gearteten em. Feld befinden. Unendlich weit von anderen Ladungen, so zu sagen. Diese können mit den Photonen absolut gar nichts "anfangen". Da passiert gar nichts.

2. Freie Elektrone (oder allgemein el. Ladungen) im Sinne, dass sie nicht in einem Atom gebunden sind. Ionisierter Gas bsw. In diesem Falle wird die Interaktion zwischen dem Photon und dem Elektron (oder aber auch einem ionisierten Atom) als ein s.g. Streuprozess betrachtet. Dabei ändern sich sowohl bei der Ladung als auch dem Photon Impuls und Energie. Photone "verschwinden" in so einem Fall nicht, denn das würde sonst bsw. zur Verletzung der Impulserhaltung führen.


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  #8  
Alt 08.12.12, 09:27
PentaFox12 PentaFox12 ist offline
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Standard AW: Elektron gibt Photon ab - wie geht das genau?

Es steht im web natürlich allerhand Widersprüchliches drin. Es kann ja jeder alles schreiben.

Da ich den vernünftigen Pfad :-) gehen möchte, ist es gar nicht so einfach, bei solch einem komplexen Thema die Spreu vom Weizen zu trennen.

So wurde behauptet, dass jegliche Streuung auch als ein Vernichten und völliges Neu-Entstehen des Photons betrachtet werden kann. (ich finde das mom aber nicht, ist schon ein paar Tage her)
Das Elektron übernimmt einen Teil der Photonen-Energie und generiert aus dem Energie-Rest ein neues Photon, das es wieder emittiert.

Dies wäre für eigentlich alle Wechselwirkungen zwischen Materie und Photonen
eine gültige Interpretation.

Könnte es nicht sein, dass der Teilchencharakter des Lichtes erst am Masse-Objekt direkt entsteht und so eher eine Reaktion der Materie auf die Lichtwelle darstellt?
Vieles in der QPhysik ist eine Frage der Interpretation. Wie sind die Messergebnisse richtig zu deuten?
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  #9  
Alt 08.12.12, 12:03
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Standard AW: Elektron gibt Photon ab - wie geht das genau?

Ufff.

Zitat:
Zitat von PentaFox12 Beitrag anzeigen
Dies wäre für eigentlich alle Wechselwirkungen zwischen Materie und Photonen
eine gültige Interpretation.
Meiner Erfahrung nach ist die einzige "richtige" und ehrliche Interpretation die, dass man den "Bildchen" in der QM, die irgendetwas veranschaulichen sollen, nicht zu viel "Wahrheit" beimessen darf, obgleich diese etwas "intuitives Verständnis" geben.

Zitat:
Zitat von PentaFox12 Beitrag anzeigen
So wurde behauptet, dass jegliche Streuung auch als ein Vernichten und völliges Neu-Entstehen des Photons betrachtet werden kann. (ich finde das mom aber nicht, ist schon ein paar Tage her)
Das Elektron übernimmt einen Teil der Photonen-Energie und generiert aus dem Energie-Rest ein neues Photon, das es wieder emittiert.
Daran könnte man sicherlich auch etwas finden, was "zu kritisieren" wäre. Denn es hört sich so an, als würde das Elektron irgendwas "in die Tasche stecken" und anschliessend mit dem Rest "etwas basteln".

Natürlich ist das Photon nach dem Streuprozess weder der gleiche noch der selbe, wie das vor diesem, im Gegensatz zu Billard-Bällen im ähnlichen Fall. Aber bringt das wirklich weiter, in dieser speziellen Fragestellung?

Die Frage nach der Identität eines Quants ist an sich eine eigenständige. Und zumindest in manchen Experimenten (Bose-Einstein-Kondensat) muss diese sogar verneint werden. Aber auch nach Streuprozessen zwischen zwei Elektronen kann man anschliessend eigentlich nicht sagen, ob der "von links angeflogene" tatsächlich nach rechts oder nach links gestreut wurde:




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  #10  
Alt 08.12.12, 15:35
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Standard AW: Elektron gibt Photon ab - wie geht das genau?

Hallo JoAx,

du verwendest Feynmann-Diagramme, wenn ich das richtig verstehe.

Diese zeigen doch auch, wie ein Elektron ein Photon abgibt, ein anderes es aufnimmt.
Dies scheint nur kurzzeitig möglich zu sein: Es wird momentan angeregt, ändert etwas seine Richtung, beschleunigt etwas - und gibt bald darauf das ganze Energiepaket wieder ab. Es wird wieder abgebremst, ändert wieder etwas seine Richtung - das wars.

Verstehe ich das so richtig, einigermaßen zumindest?
Ein freies Elektron - quasi oder nicht - kann nicht auf Dauer ein Photon mit rumschleppen, weil es keine Taschen hat , Es baumelt vielleicht nur an dessen Hals und ist deshalb instabil. Da hängt was am Hals, das Elektron ist furchtbar aufgeregt, schüttelt es wieder ab - regt sich wieder ab - ja, so könnte ich mir das gut einprägen.

Und dann die große Frage, was passiert, wenn so ein instabiles Elektron mit einem Photon am Hals in eine Higgs-Party gerät, wo sich alle Gäste an das ohnehin schon gebeutelte Elektron ran schmeißen. Modell hin oder her - da würde sogar ich richtig träge werden

Noch eine winzig kleine Frage:
Was passiert mit einem freien Teilchen in einem Kraftfeld? Es beschleunigt ja und nimmt Energie auf. Saugt es sozusagen Quanten aus dem Feld ab?
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