¿Producción de ondas electromagnéticas?

  

¿Puedo producir idealmente todas estas ondas electromagnéticas de diferentes frecuencias cambiando la frecuencia de corriente / voltaje al conductor?

Es necesario, pero no suficiente: su conductor debe estar diseñado para radiar . Es por eso que las antenas tienen una forma específica. Típicamente, una antena está en algún lugar entre ¼ y una longitud de onda completa de la onda radiada en el espacio libre; Pero eso es realmente una regla de oro muy general. Algunas antenas se pueden hacer mucho más pequeñas, otras se construyen mucho más grandes por razones de ingeniería complejas.

  

¿Cómo se relaciona la frecuencia de las ondas electromagnéticas con la frecuencia de la corriente alterna en el conductor?

Son lo mismo.

  

¿Hay alguna ecuación que relacione las dos frecuencias?

\ $ f_ \ text {current} = f_ \ text {wave} \ $. No hay magia aquí.

  

¿O simplemente para generar la onda electromagnética de 8 × 10 ^ 14 Hz (luz), tendré que oscilar las cargas con la frecuencia de 8 × 10 ^ 14 Hz en el conductor?

En principio, sí. Pero:

Es técnicamente imposible hacer eso con lo que piensas cuando piensas en las fuentes de CA.

En cambio, la luz se emite, por ejemplo, en los LED, cuando los electrones necesitan perder energía. Lamentablemente, está abandonando el reino de las ecuaciones de Maxwell (que describen el electromagnetismo en cualquier escala de tamaño no cuántico) e ingresa al mundo de la física cuántica en estado sólido. Entonces, si bien funcionaría de esa manera, si pudieras encontrar algo lo suficientemente rápido para funcionar como fuente de CA, pero más pequeño que la longitud de onda de la luz ... lo que no sucede; el material metálico con bandas de conducción se vuelve rápidamente más grande que eso, y las propiedades de los semiconductores y los gases electrónicos simplemente no son muy similares a las que estamos acostumbrados a las frecuencias más bajas. No puedo crear un oscilador \ $ 10 ^ {14} \, \ text {Hz} \ $; Los efectos que son muy benignos e irrelevantes en las frecuencias más bajas dominan aquí, y ninguno de nuestros dispositivos electrónicos sigue funcionando como debería.

  

¿O todas estas ondas electromagnéticas se producirán de otras formas diferentes?

Sí. Probablemente haya escuchado sobre fuentes de luz antes: velas, lámparas incandescentes, LED y láseres, entre otras cosas.

Estás profundamente en el mundo de la fotónica aquí.

  

¿Hay alguna ecuación que relacione las dos frecuencias?

Sí, las dos frecuencias son iguales.

  

¿O simplemente para generar la onda electromagnética de 8 × 10 ^ 14 Hz (luz), tendré que oscilar las cargas con la frecuencia de 8 × 10 ^ 14 Hz en el conductor?

Sí, pero por supuesto esto no es práctico.

  

¿O todas estas ondas electromagnéticas se producirán de otras formas diferentes?

Puede usar algún proceso que haga que las moléculas de alguna sustancia (como en el filamento de una bombilla incandescente o en un LED) estimulen la alta frecuencia.

Un láser de electrones libres de hecho oscila los electrones a la frecuencia que desee, y produce radiación EM en cualquier frecuencia desde microondas hasta radiografías. La explicación muy breve de cómo esto es posible es que tiene un tubo largo con campos magnéticos de polaridad alterna en su longitud, con un período del orden de centímetros, y luego dispara un haz de electrones por el tubo a una fracción significativa de la velocidad de la luz; contracción de Lorentz significa que los electrones ven el campo magnético oscilando con una frecuencia mucho mayor, y esa es la frecuencia a la que ellos mismos oscilan, y Así, la frecuencia de luz que emiten.

No sé qué tan optimizable es el FEL de uno ; el diseño óptimo para un FEL de microondas es probablemente muy diferente del diseño óptimo para un FEL de rayos X. Y estas son máquinas de laboratorio del tamaño de un edificio pequeño.