Frage:
Wenn Schall durch das Material gelangt, entstehen Vibrationen. Werden also auch elektromagnetische Wellen erzeugt?
Phoenix Bird Eduventures
2020-02-13 16:04:28 UTC
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Schall bedeutet Schwingung von Molekülen und Schwingung erzeugt elektromagnetische Wellen.Das bedeutet also, dass Schall direkt elektromagnetische Wellen erzeugt.

Ist das möglich?

Stellen Sie die Frage im Allgemeinen für alle Arten von Geräuschen?Oder suchen Sie nach bestimmten Fällen, in denen Sie signifikante EM-Wellen erhalten?
Im Fall von flüssigem Medium gibt es ein Phänomen, das als akustische Kavitation bezeichnet wird.Das plötzliche Zusammenfallen von Kavitationsblasen kann zu lokaler Erwärmung führen, und ein extremer Temperaturanstieg (Tausende von Grad) in kurzer Zeit kann zu einer Lichtemission der Blasen führen.Dies nennt man Sonolumineszenz.
Sie können Laser reflektierender Oberflächen in schrägen Winkeln abprallen lassen und die Bewegung empfangen und so den Schall auf diese Weise dekodieren und hören.
Es gibt ein sogenanntes "optisches Phonon", das einen Vibrationsmodus hat, bei dem sich entgegengesetzte Ladungen in einem Kristall in entgegengesetzter Bewegung bewegen.Ich würde meine Online-Suche mit diesem Thema beginnen und sehen, wohin Sie gehen können.
Herzliche Glückwünsche!Sie haben * Reibungserwärmung * entdeckt, da sich die erzeugten E-M-Wellen, außer in besonderen und ungewöhnlichen Fällen, im fernen Infrarot befinden.E-M-Wellen können nur quantisiert erzeugt werden (siehe Planck) und daher müssen die Kopplungen zwischen den Schallfrequenzen und den Schwingungsmoden der Materialkomponenten Atome und Moleküle bestimmt werden.
Sieben antworten:
Cyclone
2020-02-13 17:04:07 UTC
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Eine Schallwelle, die durch ein Medium (z. B. Luft) geht, verdrängt Moleküle tatsächlich um einige Nanometer. Es erscheint vernünftig, dass es auch die Atome und damit Elektronen und Protonen im Prozess verdrängt, die geladene Teilchen sind und beim Beschleunigen nach der Larmor-Gleichung strahlen sollten.

Nehmen wir an, dass die Schallfrequenz in der Größenordnung von kHz liegt (was in unserem hörbaren Bereich liegt). Dann werden Moleküle um

beschleunigt

$$ a \ approx \ left (10 ^ 3 \, \ mathrm {Hz} \ right) ^ 2 \ times \ left (10 ^ {- 9} \, \ mathrm {m} \ right) \ ca. 10 ^ {- 3} \, \ mathrm {m / s} ^ 2 $$ span>

Dann ist die vorhergesagte Leistung der Strahlung, die durch die Larmor-Gleichung erzeugt wird, lächerlich klein $$ P = \ frac {2} {3} \ frac {q ^ 2 a ^ 3} {c ^ 3} \ sim 10 ^ {- 73} \, \ mathrm { W} $$ span> Selbst wenn man dies mit der Anzahl der Luftmoleküle in einem $ \ mathrm {m} ^ 3 $ span> multipliziert, $ N. \ ca. 10 ^ {25} $ span>, dies wäre niemals erkennbar. Daher kann dieser Effekt durchaus bestehen, ist jedoch in jeder Hinsicht absolut vernachlässigbar

N.b. Meine Antwort konzentrierte sich auf direkte Auswirkungen der Beschleunigung von Luftmolekülen aufgrund einer Schallwelle. Wie andere Antworten richtig erwähnen, gibt es interessante Sekundäreffekte von Schallwellen (insbesondere mit großer Amplitude), an denen EM-Strahlung beteiligt ist. Unter diesen sind Sonolumineszenz und Erwärmung der Luft durch Schallableitung, was zu einer erhöhten Wärmestrahlung führt

Ganz zu schweigen davon, dass die meisten Objekte, mit denen wir interagieren, elektrisch neutral sind
@AaronStevens, aber sie bestehen aus vielen geladenen Teilchen. Hebt sich die Strahlung irgendwie auf? ... Als Gedankenexperiment stellte ich mir zwei geladene Bereiche entgegengesetzter Ladung vor, die voneinander getrennt waren.Wenn ich sie gemeinsam vibrieren lasse, würde ich erwarten, dass jeder EM-Strahlung gemäß Larmors Gleichung erzeugt. Ich sehe nicht, wie sie sich aufheben würden, selbst wenn man bedenkt, dass das gesamte System elektrisch neutral ist (weil EM-Wellen nicht mit jedem interagierenandere in der klassischen Grenze).Der Punkt ist, solange Partikel einzeln schwingen, sollten sie keine EM-Strahlung emittieren?
@Aaoron Stevens, insgesamt elektrisch neutral zu sein, ist irrelevant.Antennen sind ebenfalls neutrale Objekte und strahlen gut aus.
Aber ich glaube, dass Strahlung nur auf molekulare Schwingungen zurückzuführen ist.Ich glaube nicht, dass Ganzmolekültranslationen Strahlung verursachen, die weit von der Quelle entfernt ist
Wie ist es möglich, dass die Beschleunigung unabhängig von der Lautstärke ist?- Bearbeiten - ok, ich denke, das Volumen wird durch die Annahme "verdrängte Moleküle um einen Abstand von einigen Nanometern" abgedeckt.
@SV: AaronStevens ist korrekt.Schauen Sie sich die erste Abbildung im verknüpften PDF zur Larmor-Strahlung an.Die emittierte Strahlung sind die axialen "Zacken" in den Feldlinien.Die Feldrichtungen entlang dieser Linien sind für positive und negative Ladungen entgegengesetzt und heben sich für neutrale Atome präzise auf.
@KFGauss: In einer Antenne sind die positiven Ladungen alle stationär, während sich einige der negativen Ladungen bewegen, sodass Sie eine Relativbewegung zwischen den beiden haben, die sich von der Bewegung ganzer Moleküle unterscheidet.
@thegreatemu Sie gehen davon aus, dass sich alles innerhalb des Moleküls mit genau der gleichen Geschwindigkeit bewegt (wirkt wie ein starrer Körper).Dies gilt nur für perfekt gleichphasige Schwingungen, aber alle Moleküle haben phasenverschobene Schwingungen, die die Anzahl der gleichphasigen Moden übersteigen.
@KFGauss Dies ist eine Standard [adiabatische Näherung] (https://en.wikipedia.org/wiki/Adiabatic_process).Die durch Schallwellen induzierte Bewegung ist im Vergleich zu molekularen Schwingungen langsam und im Vergleich zu elektronischen Bewegungen glazial.Wenn Sie molekulare Bewegungen mit Schallwellen induzieren könnten, könnten Sie Dinge mit Schall erhitzen, was Sie nicht können
@thegreatemu Sie ändern Torpfosten.Polarisierbare Moleküle sind eine Sache, und Schall in der Piezielektrik kann oszillierende Spannungen erzeugen, siehe die andere Antwort
@SV Sie "interagieren" nicht, aber Felder folgen immer noch der Überlagerung, oder?
@KFGauss Ja, ich hätte präziser formulieren sollen.Ich nehme an, ich meinte für Ton, dass die positiven und negativen Ladungen "gleichberechtigt" sind.Bei Antennen ist dies sicherlich nicht der Fall.
@thegreatemu Ich denke [Sie können "Dinge" mit Ton erhitzen.] (Https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0924424711003347)
@Peter-ReinstateMonica sehr cool!Auf jeden Fall ein Randfall
@thegreatemu: Ich würde [Ultraschallschweißen] (https://en.wikipedia.org/wiki/Ultrasonic_welding) nicht als weit verbreiteten industriellen Prozess betrachten, dessen Ausrüstung [COTS] ist (https://en.wikipedia.org)/ wiki / Commercial_off-the-Regal) verfügbar unter [prosumer] (https://en.wiktionary.org/wiki/prosumer#Etymology_2) [Preise] (https://www.ultrasonicsdirect.com/haplwe.html) istein "Randfall".
Cristobol Polychronopolis
2020-02-14 01:57:37 UTC
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Wenn es durch ein piezoelektrisches Material läuft, kann es eine messbare Spannung und einen messbaren Strom erzeugen, von denen ein Teil abgestrahlt wird.Bei den meisten Materialien ist jedoch kein Effekt erkennbar.

Laut Wikipedia und Mahan sind die meisten Materialien piezoelektrisch, daher denke ich, dass der Effekt auf die meisten Materialien messbar ist.
Ein etwas offensichtliches Beispiel hierfür ist ein Kristallmikrofon.
Ein weiteres Beispiel in der Nicht-Piezoelektrik sind die akustischen Oberflächenwellen, die signifikante Spannungen erzielen, weil sie an der Oberfläche liegen, an der die Inversion unterbrochen ist.Siehe hier: https://phys.org/news/2020-02-photons-stream-electrons.amp
Arnavion
2020-02-14 03:49:24 UTC
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Physikalisch schwingende Atome mit einer Schallwelle beschleunigen die Ladungen technisch, aber die emittierte Strahlung ist sehr schwach.Sekundäreffekte durch die Schallwelle sind jedoch eine andere Sache.

In der Tat können Schallwellen im Wasser Licht erzeugen.Dies wird als Sonolumineszenz bezeichnet. Im Labor wird Ultraschall durch Kavitationsblasen geleitet.Dies geschieht natürlich auch mit den Druckwellen, die durch die schnelle Bewegung der Kralle der Mantisgarnele erzeugt werden.

Der genaue Mechanismus ist noch nicht bekannt.Eine Hypothese ist, dass der physikalische Schock durch die Schallwelle die Partikel gelöster Gase ionisiert, die rekombinieren und Licht emittieren.

thegreatemu
2020-02-14 06:31:06 UTC
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Bewegungen neutraler Atome strahlen nicht

Die Antwort von

@ Cyclone bietet sehr nützliche Einblicke, ist aber letztendlich irrelevant.Solange das vibrierende Medium neutral ist, wird keine Energie abgestrahlt.Die von den Protonen in der Luft emittierten EM-Wellen stören destruktiv die von den Elektronen emittierten und heben sich auf.

Anders ausgedrückt ist die emittierte Strahlung proportional zum Integral der Nettostromdichte.Wenn sich positive und negative Ladungen gleich bewegen, beträgt die Nettostromdichte 0.

Um zu strahlen, müssten Sie die Atome schnell genug beschleunigen, damit sie sich schneller bewegen, als die Elektronenwolke aufholen kann, was zu einer Trennung des Zentrums der positiven und negativen Ladung führt (dh zur Bildung eines Dipols).

Wie genau können Ihrer Meinung nach mechanische Wellen in Materialien aus neutralen Atomen existieren?Sie werden weder von starken oder schwachen Nuklearkräften noch von der Schwerkraft übertragen.
@MSalters Ich verstehe nicht, wie relevant Ihre Frage ist.Die Frage des OP bezieht sich auf elektromagnetische Strahlung, nicht auf elektrische Kräfte.
Wasser als Dipol sollte also strahlen, wenn es einem statischen elektrischen Feld ausgesetzt wird, das die Ausrichtung der einzelnen Moleküle bewirkt.
@mic_e Wenn das Feld zum ersten Mal angewendet wird, ja!Bevor das Feld eingeschaltet wird, ist das makroskopische Gewässer neutral.Nach dem Einschalten des Feldes handelt es sich um einen makroskopischen Dipol.Zwischen diesen Zuständen gab es einen Nettostromfluss ungleich Null (einzelne Moleküle wechselten vorzugsweise ihre Ausrichtung, um sich an dem externen Feld auszurichten).Zeitveränderlicher Strom bedeutet Strahlung.Es strahlt jedoch nicht weiter, sobald das Feld eingerichtet ist
Level River St
2020-02-16 19:47:49 UTC
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Wenn das vibrierende Material geladen wird, wird elektromagnetische Strahlung erzeugt.

Es gibt einen Mikrofontyp, der als Kondensator- oder Kondensatormikrofon bezeichnet wird und bei dem das Mikrofon ein Kondensator ist, dessen Kapazität mit den akustischen Schwingungen variiert.

https://en.wikipedia.org/wiki/Microphone#Condenser_microphone

Die Kapazität kann entweder durch Messen der Impedanz für ein HF-Signal oder durch Anlegen einer Hochspannungs-Gleichstromvorspannung und Messen des Stromflusses in und aus dem Kondensator bei Änderung seiner Kapazität erfasst werden.

Normalerweise ist das Mikrofon direkt an die Verstärkerschaltung angeschlossen, es sollte jedoch möglich sein, es indirekt zu koppeln. In diesem Fall wäre die durch akustische Vibration erzeugte elektromagnetische Strahlung nachweisbar

Wenn das vibrierende Material magnetisiert ist, wird elektromagnetische Strahlung erzeugt.

Ein typischer E-Gitarren-Tonabnehmer besteht aus mehreren Magneten (normalerweise einer pro Saite), die von einer Drahtspule umgeben sind. Die Magnete induzieren Magnetismus in der Saite. Die Schwingungen der magnetisierten Saite werden von der Drahtspule aufgenommen. Daher wird die von der Kette erzeugte elektromagnische Strahlung erfasst

Ho in dem allgemeinen Fall, in dem nichts unternommen wird, um das vibrierende Material zu einem Emitter elektromagnetischer Strahlung zu machen, ist es jedoch schwierig, zu erfassen (es sei denn, die Vibration ist so stark, dass sich das vibrierende Material erwärmt und Strahlung emittiert auf seine erhöhte Temperatur.)

https://en.wikipedia.org/wiki/Pickup_(music_technology)

HolgerFiedler
2020-02-14 16:32:18 UTC
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Ich bin zutiefst überrascht über die Vernachlässigung der Energiebilanz.In den vorherigen Antworten.Alle Geräusche sind in einem Körper verteilt.Die Energiedifferenz zwischen dem eingehenden und dem ausgehenden Schall wird zu Wärme.

Der Anstieg der Körpertemperatur geht mit einem Anstieg der elektromagnetischen Strahlung einher.Ihre Vermutung ist also richtig, der Körper befindet sich außerhalb seines thermischen Gleichgewichts und ist dafür verantwortlich, dass dies der Klang ist.

Nicht nur die Energiebilanz im Besonderen, sondern das völlige Fehlen jeglicher thermodynamischer Analyse im Allgemeinen.Nach Planck kann E-M-Strahlung nur quantisiert erzeugt werden, und die geeigneten Photonenfrequenzen müssten durch Analyse der Kopplungen zwischen dem akustischen und dem (potentiellen) E-M-Modus bestimmt werden.Ich vermute, dass dies alles im Infrarotbereich liegt, was erklärt, warum sich Materialien erwärmen, wenn sie akustisch gezwungen werden - um daraus zu schließen, dass wir "*** Reibung ***" entdeckt haben.
user254136
2020-02-15 02:33:32 UTC
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Die kurze Antwort lautet, dass einige Schwingungen in Materialien durch Photonenemission abklingen können, dieser Typ jedoch nicht durch Schallwellen angeregt wird.Überprüfen Sie die optischen Phononen.



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