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

Научно-техническая программа КНР взгляд в будущее
В начале 1999 года был опубликован доклад Лозанского Международного Института Развития и Менеджмента, в котором китайские наука и техника по итогам 1998 года уверенно заняли 13 место в мире. Беспрецедентный скачок с 20 места в 1997 году еще раз доказал, что Китай уверенно идет вперед по пути реформ научно-технической и ...

Ионометрия. Поиск неисправностей
Неисправность прибора При выходе из строя прибора химик-аналитик практически никогда не может произвести ремонт своими силами, так как для этого нужен специалист по электронике. Однако опыт показывает, что произвести тестирование иономера можно самим, существенно экономя рабочее время. Самый надежный способ оцен ...