Свойства фотона

Электродинамический расчет фотона

Сначала коротко о свойствах фотона.

Иногда ошибочно считается, что электромагнитные кванты - это всегда микрочастицы (фотоны), но это неверно, потому что их длина волны может быть любой. Например, существуют электромагнитные кванты с длиной волны 21 см, свойства которых можно исследовать с помощью обычных радиоантенн, т.е. наблюдать у них электрические и магнитные потоки индукции. Таким образом, экспериментально подтверждено, что кванты электромагнитного потока излучения, как и все электромагнитные волны, имеют полевую структуру, т.е. состоят из электрических и магнитных потоков и, соответственно, на них распространяются все законы электродинамики. Поэтому, как любые электромагнитные волны, фотоны можно полностью рассчитывать чисто на основе электродинамики, используя только электромагнитные постоянные.

Электрические и магнитные потоки (поля) - это реальные физические объекты, представляющие одну из форм материи. Электрический поток - это количество электричества (кулон), магнитный поток - это количество магнетизма (вебер). Фотон - это квант электромагнитного потока излучения, т.е. состоит из кванта электрического потока и кванта магнитного потока. Дискретность энергии электромагнитных потоков излучения (квантов света) - это следствие дискретности энергии электрических и магнитных потоков. В электромагнитной волне энергия электрического потока всегда равна энергии магнитного потока. Согласно электродинамике, изменяющийся электрический поток образует ток смещения Iсм = dФe/dt, а изменяющийся магнитный поток создает ЭДС U = dФm/dt, т.е. изменяющийся электромагнитный поток представляет ток смещения Iсм = dФe/dt с ЭДС U = dФm/dt и мощностью UIсм = dФm·dФe/(dt)2.

Зная частоту изменения электрического потока индукции (частоту электромагнитного кванта), можно найти ток электрического смещения:

Iсм = 2ev,

где e - квант электрического потока (квант количества электричества) 1.602·10-19 Кл, v - частота. Магнитная энергия электромагнитного кванта:

Wм = IсмФ0/2,

где Ф0 - квант магнитного потока (квант количества магнетизма) 2.068·10-15 Вб. Согласно электродинамике, в поперечной электромагнитной волне электрическая энергия всегда равна магнитной Wэ = Wм, поэтому полная энергия электромагнитного кванта равна:

W = Wэ + Wм = 2Wм = IсмФ0.

Коэффициент пропорциональности h = 2eФ0 упрощает выражение:

W = IсмФ0 = 2eФ0v = hv.

Зная частоту изменения магнитного потока индукции, можно найти ЭДС:

U = 2Ф0v.

Это максимальный потенциальный барьер, который может преодолеть, например, электрон при поглощении фотона. Об ЭДС фотонов можно судить по падению напряжения на светодиодах. Например, для светодиодов с красным спектром излучения 0.7·10-6 м оно примерно равно 1.8 В.

Эффективная мощность электромагнитного возмущения:

P = UIсм = 2Ф0v·2ev = 4eФ0v2.

Протяженность поперечного возмущения равна половине длины волны, так как в поперечном возмущении разноименные области расположены поперечно, а не продольно, что является отличием поперечного возмущения от продольного. Т.е., чтобы найти энергию, надо умножить мощность на время, равное половине периода:

W = PT/2 = 4eФ0v2/2v = 2eФ0v = hv.

Соотношение между ЭДС и энергией:

W = 2eФ0v = eU.

Получается, 1 В – 1.602·10-19 Дж, т.е. равен одному электронвольту. Таким образом, электромагнитный квант с ЭДС в один вольт обладает энергией, равной одному электронвольту (1 эВ = 1.602·10-19 Дж). Например, в фотоне с длиной электромагнитной волны 0.5·10-6 м:

Другое по теме

Малогабаритный взрывной генератор СВЧ импульсов для метеорологического применения
В статье рассматриваются взрывные генераторы, преобразующие механическую энергию ударной волны, распространяющейся в рабочем теле, в электромагнитную энергию. Основным элементом таких генераторов является рабочее тело, выполненное из ферромагнитного или из сегнетоэлектрического материала. Ударная волна в рабочем теле ф ...

В поисках системы мира. Первые астрономы и их системы
Звездное небо во все времена занимало воображение людей. Почему зажигаются звезды? Сколько их сияет в ночи? Далеко ли они от нас? Есть ли границы у звездной Вселенной? С глубокой древности человек задумывался над этими и многими другими вопросами, стремился понять, и осмыслить устройство того большого мира, в котором м ...