Hallo, wieso kann Röntgenstrahlung eigentlich nicht mit dünnem Kupferblech abgeschirmt werden? Durch den Skineffekt und die hohen Frequenten dürfte dort doch eigentlich nichts mehr durchkommen. Kann mir jemand die physikalische Erklärung liefern?
Weil Röntgenstrahlung nicht das gleiche ist wie Elektromagnetische Strahlung.
Charly schrieb: > Weil Röntgenstrahlung nicht das gleiche ist wie Elektromagnetische > Strahlung. Gabs bei euch auf der Sonderschule keinen Physikunterricht? Die Antwort ist eher, elektromagnetische Strahlung im Raum und elektrischer Strom in einem Leiter sind zwei paar Schuhe.
Charly schrieb: > Weil Röntgenstrahlung nicht das gleiche ist wie Elektromagnetische > Strahlung. Äh bitte? Natürlich ist Röntgenstrahlung eine elektromagnetische Welle, genau wie sichtbares Licht oder Gammastrahlung.
Hodenklemme schrieb: > Gabs bei euch auf der Sonderschule keinen Physikunterricht? Gab es, und wir wurden sogar unterrichtet was Anstand bedeutet.
@ Christian Wenn man sich bei der Betrachtung mal kurz auf die Wellenlänge und den Skineffekt beschränkt, dann ist gerade die geringe Wellenlänge ein Faktor, welcher der Abschirmwirkung entgegensteht. Je geringer die Wellenlänge, desto geringer ist nämlich die Eindringtiefe und desto weniger entgegenwirkende Wirbelfelder enstehen.
Ich finde das immer wieder interessant, wie versucht wird, Wissen um Phänomene aus dem Mittelfrequenzbereich auf harte Strahlung auszudehnen. Das ist wie mit einer Karte von Frankreich nach Rumänien zu fahren. Wo war nochmal der Louvre in Bukarest?
Christian schrieb: > Hallo, > > wieso kann Röntgenstrahlung eigentlich nicht mit dünnem Kupferblech > abgeschirmt werden? Durch den Skineffekt und die hohen Frequenten dürfte > dort doch eigentlich nichts mehr durchkommen. > > Kann mir jemand die physikalische Erklärung liefern? http://de.wikipedia.org/wiki/Skin-Effekt Wo liegt der Denkfehler ?
>Ich finde das immer wieder interessant, wie versucht wird, Wissen um >Phänomene aus dem Mittelfrequenzbereich auf harte Strahlung auszudehnen. Das geht schon, wenn man vorher klarstellt, welchen Aspekt, d.h. welche Wirkung der Strahlung man betrachet. Die Abschirmungswirkung beruht auf Induktion. Da verhalten sich niedrige Frequenzen qualitativ genau wie hohe (abgesehen davon, das die Eindringtiefe mit der Frequenz einem Grenzwert zustrebt).
> Und auf Compton-Streuung.
Es ist zwar richtig, das die Compton-Streuung einen abschirmenden Effekt
bei Röntgenstrahlung hat, aber der beruht auf einer Teilchenbetrachtung,
die bei der Fragestellung des TO nicht relevant ist.
Der Skin-Effekt ist eine elektromagnetische Wirkung bei der Betrachtung
als Welle. Wenn ich also schrieb: "Die Abschirmungswirkung beruht
auf..." dann meinte ich natürlich, so wie es das Thema des Threads war
und von mir in meinem ersten Beitrag dazu auch betont wurde, "Die durch
in leitende Materialien und dem Skin-Effekt erzeugte Abschirmwirkung
beruht auf...".
Charly schrieb: > > Gab es, und wir wurden sogar unterrichtet was Anstand bedeutet. Was hat Röntgenstrahlung mit Jagd zu tun?
Röntgenstrahlung ist so hochfrequent, das die normale Betrachtung des Skin Effekts nicht mehr passt. Zum einen kann man es so sehen, dass die Elektronen sich gar nicht schnell genug bewegen können, und auch zu "groß" sind um die Rönthgenstrahlung abzuschirmen. Dazu kommt noch das man die Energie bei der Rönthgenstrahlung quantisiert betrachten muss. Absorbiert ein Elektron ein Rönthgenquant reicht das bereits zur Ionisierung und das Elektron wird zum freien Elektron. Bei Radiowellen ist die Energie dagegen so kleine das ein (bzw. alle)Elektron nur minimal gestört werden. Die Elektronen reagieren hier auch nicht einzeln auf die elektromagnetischen Wellen, sondern als Kollektiv. Der Übergang wo man noch vom Skineffekt oder ähnlichem sprechen kann liegt so im Bereich der optischen Wellenlängen.
Lurchi schrieb: > Absorbiert ein Elektron ein Rönthgenquant > reicht das bereits zur Ionisierung und das Elektron wird zum freien > Elektron. Äh? In Metall gibt es (auch ohne Einwirkung von Röntgenstrahlen) sehr viele freie Elektronen und diese freien Elektronen sind es ja normalerweise gerade, die die Leitfähigkeit und damit auch die Schirmwirkung herbeiführen.
mahwe schrieb: > da hilft blei da sind die atome dichter beieinander aha. Ich hätte jetzt auf die größere Massenzahl getippt.
So ganz nebenbei.. Es gibt Alkalimetalle, die koennen bei UV in duennen Schichten transparent sein.
Charly schrieb: > Weil Röntgenstrahlung nicht das gleiche ist wie Elektromagnetische > Strahlung. Doch! Es ist sogar die selbe! Nur anderer Frequenzbereich! Zum Skinneffekt: Bei den Röntgenteleskopen werden die Strahlen gebeugt, weil Linsen in dem Frequenzbereich nicht funktionieren. Das ist zwar kein Skinneffekt, hilft aber die Materie etwas besser zu verstehen.
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>> Weil Röntgenstrahlung nicht das gleiche ist wie Elektromagnetische >> Strahlung. > Doch! Es ist sogar die selbe! Nur anderer Frequenzbereich! "Licht" (also auch Röntgen-, Gamma-, etc. -strahlung) IST weder Welle, noch Teilchen. Wellen- und TeilchenMODELL sind vielmehr "nur" eine Beschreibung des Phänomens "Licht". Manche Eigenschaften von "Licht" lassen sich nur bzw. besser mit dem einen, manche mit dem anderen Model beschreiben. Beispiel: Fotoeffekt und Wellenmodell geht schlecht. Elektronenstrahlen wiederum haben (auch) Eigenschaften, die sich zweckmässig mit dem Wellenmodell beschreiben lassen: Beugung, Interferenz ...
U. B. schrieb: >>> Weil Röntgenstrahlung nicht das gleiche ist wie Elektromagnetische >>> Strahlung. > >> Doch! Es ist sogar die selbe! Nur anderer Frequenzbereich! > > "Licht" (also auch Röntgen-, Gamma-, etc. -strahlung) IST weder Welle, > noch Teilchen. Sondern Strahlung! :-) Dazu gehört übrigends (Achtung: Elektrosensibelchen weghören) auch Funkwellen ;-)
Wolfi schrieb: > So ganz nebenbei.. Es gibt Alkalimetalle, die koennen bei UV in duennen > Schichten transparent sein. Beryllium ist nicht nur in dünnen Schichten Röntgen-Transparent: https://www.youtube.com/watch?v=qy8JyQShZRA
> Es gibt Alkalimetalle, die koennen bei UV in duennen > Schichten transparent sein. Sehr dünne Metallfolie lässt auch Licht ein bisschen durchscheinen.
U. B. schrieb: > Sehr dünne Metallfolie lässt auch Licht ein bisschen durchscheinen. Dicke auch, es kommt nur entsprechend weniger Licht durch. :-)
>> Sehr dünne Metallfolie lässt auch Licht ein bisschen durchscheinen. > Dicke auch, es kommt nur entsprechend weniger Licht durch. :-) Dann funktioniert wieder das Teilchenmodell besser, man kann dann einzelne Photonen zählen ... ;-)
Also erst einmal, Röntgenstrahlen SIND elektromagentische Wellen. Bloss eben sehr hochfrequente. Zweitens, die Physik ändert sich nicht, egal welche Frequenz die Wellen hat. Der Skineffekt beruht allerdings darauf, dass die Elektronenverteilung im Metall dem einfallenden elektromagentischen Feld praktisch verzögerungsfrei folgen kann. Nun geht das zwar schnell, aber nicht unendlich schnell. Bei "normalen" Radiofrequenzen ist die Verzögerung vernachlässigbar und der Skineffekt voll ausgeprägt. Bei Röntgenfrequenzen ist es umgekehrt, das kommen die Elektronen vereinfacht ausgedrückt einfach nicht mehr nach.
U. B. schrieb: >> Es gibt Alkalimetalle, die koennen bei UV in duennen >> Schichten transparent sein. > > Sehr dünne Metallfolie lässt auch Licht ein bisschen durchscheinen. Drum kann man eine CD auch dazu nutzen, den Glühdraht einer Halogenlampe im eingeschalteten Zustand zu betrachten.
Weil der Glühdraht erst eingeschaltet im ultravioletten Spektrum strahlt und die CD dann ein Hologramm der Metallfolienstruktur an eine Raufasertapetenwand projiziert, was die Buchstabenfolge »Marry & Reproduce« oder »Stay Asleep« sichtbar werden lässt? (Nur Markentapete und indizierte CDs) Wellensittiche können vielleicht etwas aus dem UV-Spektrum sehend aufschnappen, Menschen nur nach Gentherapie (was sie aber empfänglich für Cracker macht).
> Also erst einmal, Röntgenstrahlen SIND elektromagentische Wellen.
Soso.
Bei Wellen gilt u.a.: Das Quadrat ihrer Amplitude ist ein Mass für die
Stärke, auf deutsch:
Je grösser die Amplitude, desto heisser (oder heller ...) wird's.
Annahme:
Man habe eine Strahlungsquelle, deren Frequenz man von rotem Licht bis
Röntgenstrahlung einstellen kann.
Bei niedriger Frequenz erhält man überhaupt keine Ionisation in (z.B.)
Luft, organischem Gewebe etc.
Erhöht man die Leistung, tut sich trotzdem nix.
Erhöht man statt der Leistung aber die Frequenz, setzt nun genau eine
solche Ionisation irgendwann ein.
Genauso funktioniert auch der Fotoeffekt, das Herausschlagen von
Elektronen aus einer Metalloberfläche mittels Licht, erst ab einer
bestimmten Frequenz.
Nimmt man Licht als Welle an, wie erklärt man dann, dass bei immer
kleiner werdender Lichtleistung (bzw. Amplitudenquadrat der Welle) immer
noch weiter Ionisationen stattfinden, nur weniger, im Extremfall eben
einzelne "abzählbar" nacheinander ?
Das Teilchenmodell geht das definitiv besser. -
Immer beachten:
Egal ob Teilchen, oder Welle:
Man hat jeweils "nur" ein MODELL des Phänomens Licht etc.
("Man kann die Speisekarte nicht essen.")
U. B. schrieb: >> Also erst einmal, Röntgenstrahlen SIND elektromagnetische Wellen. > > Soso. Ja genau. Fall's du es nicht glaubst, bitte in der naechsten Bibliothek ein Physik-Grundlagenbuch ausborgen und mal kurz reinschauen, da, wo das elektromagnetische Spektrum abgebildet ist. Das geht in der Praxis von Radiowellen ueber Mikrowellen, Infrarot, sichtbares Licht, Ultraviolett, Roentgenstrahlen bis zu Gammastrahlung (im Prinzip natuerlich auch runter bis DC und rauf bis unendlich). Also keine Sonderlocke fuer die Roentgenstrahlen. Zur Erinnerung, die Originalaussagen von Charly war "Weil Röntgenstrahlung nicht das gleiche ist wie Elektromagnetische Strahlung.". Und das ist simpel und einfach falsch. Dass Roentgenstrahlen (im Grundzustand befindliche) Atome ionisieren koennen und z.B. Radiowellen nicht, aendert auch nichts daran. Man kann ja uebrigens auch hochangeregte Atome erzeugen - da reicht dann schon ein viel energieaermeres Lichtquant (z.B. Mikrowellenstrahlung), um dieses dann zu ionisieren (aber auch da braucht es natuerlich eine gewisse Mindestenergie, unter der gar nichts passiert). Oder man regt Feinuebergaenge an, das geht mit Strahlung im RF-Bereich (sieh z.B. Atomuhr). Alles nur eine Frage der Groessenordnung, aber kein prinzipieller Unterschied. Umgekehrt kann man Roentgenstrahlen ja auch an einem Gitter beugen (verwendet man standardmaessig seit 100 Jahren in der Kristallspektrographie, da ist das Gitter das Kristallgitter!), da verhalten sich Roentgenstrahlen dann als Welle. Was der Rest deines Betrags daran aendern soll, versteh ich nicht ganz. (Dualismus Teilchen / Welle ist mir uebrigens sehr gut bekannt, erfolgreich abgeschlossenes Physikstudium & Arbeit im Gebiet Quantenoptik ist da durchaus hilfreich :=)
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Christian schrieb: > wieso kann Röntgenstrahlung eigentlich nicht mit dünnem Kupferblech > abgeschirmt werden? Aber natürlich schirmt ein dünnes Kupferblech die Röntgenstrahlung ab - aber eben nur ein bißchen. Bedenke mal, daß ein Quant einer typischen Röntgenstrahlung eine Energie von so etwa 30 bis 100 keV aufweist. Was meinst du, was da übrigbleibt, wenn die "Abschirmung" durch das Kupferblech ein paar hundert eV davon abzieht? Also ganz grob gesagt: Wenn du beim Spielen mit dem Federball mal gegen das Laken auf der Wäscheleine kommst, dann fällt der Federball runter. Aber wenn jemand da mit der Kalaschnikow draufhält, dann ist schlichtweg ne Handvoll Löcher drin im Laken. Die Kugeln werden von sowas nicht spürbar abgeschirmt. W.S.
>>> Also erst einmal, Röntgenstrahlen SIND elektromagnetische Wellen. >> Soso. > Ja genau. Fall's du es nicht glaubst, bitte in der naechsten Bibliothek > ein Physik-Grundlagenbuch ausborgen und mal kurz reinschauen, da, wo das > elektromagnetische Spektrum abgebildet ist. Vom "Oskar" (Höfling / von 1973 http://www.amazon.de/Physik-Bd-2-Lehrbuch-Unterricht-Selbststudium/dp/3427410455 ) lernten wir schon, dass man in der Physik generell mit MODELLEN arbeite. Dass solche Modelle sich an der Wirklichkeit orientieren und zweckmässig sein sollten, ändert daran nix. Von vor ca. 100 J. war es wohl Einstein, der seine Kollegen daran erinnerte. > Dass Roentgenstrahlen (im Grundzustand befindliche) Atome ionisieren > koennen und z.B. Radiowellen nicht, aendert auch nichts daran (dass Röntgenstrahlen ionisieren können und Radiowellen nicht). Die Erklärung mit dem Wellenmodell wäre dann interessant, also nochmal: Wenn eine Radiowelle für eine Ionisierung "zu schwach" ist, wieso erhöht man nicht einfach ihre Amplitude ? > Umgekehrt kann man Roentgenstrahlen ja auch > an einem Gitter beugen (verwendet man standardmaessig seit 100 Jahren in > der Kristallspektrographie, da ist das Gitter das Kristallgitter!), da > verhalten sich Roentgenstrahlen dann als Welle. Wie wissen denn die jeweiligen Strahlen, ob sie sich als Welle oder als Korpuskeln verhalten sollen ? Solch ein Beugungsbild (z.B.) aus Röntgenstrahlen kann man notfalls auch mit dem Teilchenmodell erklären: Das Bild ergibt sich dann aus der Wahrscheinlichkeitsverteilung für das Auftreffen jedes einzelnen Photons an der jeweiligen Stelle.
U. B. schrieb: > Solch ein Beugungsbild (z.B.) aus Röntgenstrahlen kann man notfalls auch > mit dem Teilchenmodell erklären: > Das Bild ergibt sich dann aus der Wahrscheinlichkeitsverteilung für das > Auftreffen jedes einzelnen Photons an der jeweiligen Stelle. Leider falsch. Ungekehrt wird ein Schuh daraus: Die Wahrscheinlichkeitsverteilung fuer das Auftreffen ergibt sich aus der Wellen(!)funktion. Nicht aus dem Teilchenmodell. Das funktioniert bei dem Experiment naemlich eben gerade nicht. Teilchenmodell nimmt an, dass jedes Lichtquant irgendwo lokalisiert ist, man also z.B. sagen kann, durch welchen Spalt es gegangen ist. Sobald man dies aber irgendwie misst (sogar NACHDEM es im naiven Bild bereits durch das Gitter gegangen ist, verschwindet das Interferenzmuster. Da gibt es die lustigsten und erstaunlichsten Experimente dazu (siehe z.B. Arbeiten von Prof. Anton Zeilinger). WARUM das so ist, kann man zumindest bis jetzt nicht durch irgendwelche tieferen Prinzipien erklaeren (weder ich noch irgendein anderer Physiker), aber es hat sich bisher in absolut jedem Fall bestaetigt. Ich behaupte keinesfalls, das Quantenmechanik durchgehend unglaublich intuitiv ist (ist sie nicht!), aber deswegen funktioniert die Natur soweit wir es wissen trotzdem so. Und nochmals (weil Du das anscheinend ueberlesen hast, obwohl ich es oben nochmals zitiert habe): Grundaussage von Charly war, dass es zwischen "elektromagnetischer Strahlung" und "Roentgenstrahlung" einen fundamentalen Unterschied geben soll. Und das ist eben falsch. Das einzige, worin sie sich unterscheiden, ist ein simpler Zahlenfaktor - im Wellenbild in der Wellenlaenge (oder Frequenz), im Teilchenbild in der Energie der jeweiligen Lichtquanten. Aber fuer beide gelten dieselben Formeln (bzw. dasselbe Modell) in derselben Situation. Es gibt KEINE Situation, wo fuer "elektromagentische Strahlung" ein Bild gilt und gleichzeitig fuer "Roentgenstrahlung" das jeweils andere. KEINE. >Die Erklärung mit dem Wellenmodell wäre dann interessant, also nochmal: >Wenn eine Radiowelle für eine Ionisierung "zu schwach" ist, wieso erhöht >man nicht einfach ihre Amplitude ? Grade dafuer hat Herr Einstein seinen Nobelpreis erhalten (anders als viele annehmen naemlich nicht fuer die Relativitaetstheorie): Weil er erkannt hat, dass sich das Licht eben in gewissen Situationen wie ein Teilchen verhaelt, in anderen wie eine Welle. Bei ihm war es der fotoelektrische Effekt: Erhoehung der Intensitaet (Amplitude) erhoeht den Ausgangsstrom (weil es mehr Photonen gibt, die Elektronen herausschlagen koennen). Erhoehung der Frequenz (Verringerung der Lichtwellenlaenge) erhoeht die Ausgangsspannung (weil dann jedes Photon mehr Energie auf das jeweilige Elektron uebertraegt), und man braucht eine gewisse Mindestfrequenz (Energie pro Photon), damit ueberhaupt ein Fotostrom auftritt. Mit Deiner Argumentation koennte man nun auch behaupten, dass ein fundamentaler Unterschied zwischen z.B. infrarotem und ultraviolettem Licht besteht, weil bei einem bekomme ich Fotostrom und bei dem anderen nicht (egal wie intensiv das IR-Licht ist). Ausserdem waere die Grenze je nach Material der Fotozelle eine andere. Das zeigt hoffentlich, wie absurd diese Annahme eines fundamentalen Unterschieds ist. Was Du behauptest (und was nicht stimmt) ist aequivalent zur Behauptung, dass ein fundamentaler Unterschied zwischen einer mit der Hand geworfenen und einer von einem Gewehr abgeschossenen Stahlkugel besteht, weil die eine nie und nimmer ein Holzbrett durchschlagen kann, egal wie viele davon man auf das Brett wirft, letztere aber ohne Probleme durchschlaegt. Auch hier - die Physik ist in beiden Faellen identisch, der Unterschied liegt nicht im Modell sondern in einem einfachen Zahlenfaktor (jeweilige kinetische Energie). Natuerlich kann man u.U. ein einem der Faelle gewisse Vereinfachungen vornehmen, weil man sich z.B. bei der haendisch geworfenen Kugel nur wenig um Luftwiderstand oder um die plastische Verformbarkeit von Stahl kuemmern muss, aber das ist dann bloss eine bewusste Naeherung weil diese Effekte eben in dem konkreten Fall uninteressant klein sind. Das aendert aber nichts daran, dass beide Kugeln ansonsten absolut identisch sind - beides sind Stahlkugeln mit ansonsten identischen Eigenschaften.
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Hallo Den Skineffekt gibts bei Strahlung eher nie. Den gibts bei elektrischer Leitung im Kabel.
@ Wolfgang M.: Ich habe nur behauptet, - sowohl Wellen- als auch Teilchenmodell des Lichts etc. seien eben "nur" MODELLE, - zur Beschreibung des Fotoeffekts ist das Teilchenmodell besser geeignet (steht so auch unter: http://de.wikipedia.org/wiki/Photoelektrischer_Effekt#Deutungsprobleme_im_Rahmen_der_Wellenvorstellung ).
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