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 I_см = dФ_e /dt, а изменяющийся магнитный поток создает ЭДС U = dФ_m /dt, т.е. изменяющийся электромагнитный поток представляет ток смещения I_см = dФ_e /dt с ЭДС U = dФ_m /dt и мощностью UI_см = dФ_m ·dФ_e /(dt)2 .

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

I_см = 2ev,

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

W_м = I_см Ф₀ /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 W_э = W_м , поэтому полная энергия электромагнитного кванта равна:

W = W_э + W_м = 2W_м = I_см Ф₀ .

Коэффициент пропорциональности h = 2eФ₀ упрощает выражение:

W = I_см Ф₀ = 2eФ₀ v = hv.

Зная частоту изменения магнитного потока индукции, можно найти ЭДС:

U = 2Ф₀ v.

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 = UI_см = 2Ф₀ v·2ev = 4eФ₀ v2 .

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 = 4eФ₀ v2 /2v = 2eФ₀ v = hv.

Соотношение между ЭДС и энергией:

W = 2eФ₀ v = 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:

ток смещения – 1.921·10-4 А;

ЭДС – 2.480 В;

мощность – 4.764·10-4 Вт;

электромагнитная энергия – 3.972·10-19 Дж;

электромагнитная энергия в электронвольтах – 2.480 эВ (W_e = 2Ф₀ v);

электромагнитная масса – 4.420·10-36 кг (M = ee₀ mm₀ W).

Таким образом, в электромагнитных волнах дискретны токи смещения и энергия электрических и магнитных потоков. Для их вычисления достаточно знать частоту электромагнитного кванта, величину кванта электрического потока и кванта магнитного потока, либо вместо них, чисто для упрощения выражения, можно использовать коэффициент пропорциональности h = 2eФ₀ = 6.626·10-34 Кл·Вб, представляющий квант электромагнитного потока, его еще называют квантом действия, изменяя размерность с Кл·Вб на Дж/Гц или Дж·с. То, что электродинамика через электромагнитные постоянные позволяет рассчитывать дискретные электромагнитные волны - фотоны, не является чем-то необычным, электродинамика и создана для того, чтобы объяснять и рассчитывать электромагнитные процессы. В том, что частица фотон имеет электрический поток такой же, как, например, у частицы электрон, также нет ничего необычного - многие частицы имеют такой же эл

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать