Электромагнитные параметры единичных фотонов | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 5 февраля, печатный экземпляр отправим 9 февраля.

Опубликовать статью в журнале

Библиографическое описание:

Кулиев, Т. А. Электромагнитные параметры единичных фотонов / Т. А. Кулиев, М. А. Нурыев, Д. И. Баймухаммедов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 3 (345). — С. 8-10. — URL: https://moluch.ru/archive/345/77605/ (дата обращения: 26.01.2022).



В настоящей работе вводится ряд электромагнитных параметров единичных фотонов электромагнитного излучения и устанавливается связь с их квантовыми параметрами на основе метода аналогий [1] и метода анализа размерностей [2, с. 127–136].

Известно, что понятиями напряженности электрических и магнитных полей пользуются для описания световой волны в условиях классичности, когда число фотонов N 1 [3, с. 84-85]. Так как фотон является электромагнитным образованием, то его также, как и световую волну, можно характеризовать определенными значениями напряженности электрического поля фотона и напряженности магнитного поля фотона .

Согласно квантовой теории, электромагнитное излучение испускается или поглощается в виде порций энергии (квантов).

(1)

Где = Дж∙с или

Дж∙с – постоянная Планка;

- циклическая частота фотона

– частота фотона

Воспользуемся методом анализа размерностей и запишем единицу измерения в следующем виде

[ (2)

Как видно единицу измерения можно представить в виде произведения единицы измерения магнитного потока и единицы измерения электрического потока.

Так как элементарный электрический поток (квант электрического поля) имеет величину, равную =1,6∙ Кл, а элементарный магнитный поток (квант магнитного поля, соответствующей элементарному заряду) =4,14∙ Вб (4, то если взять произведение элементарных потоков, получим выражение

(3),

по численному значению, равное постоянной Планка.

Для фотона можно ввести понятие электромагнитной мощности

(4)

Где Т – период колебаний электромагнитного поля фотона с другой стороны выражение для мощности фотона можно записать в виде

= , тогда (5)

Где Uф, Iф – напряжение и ток, соответствующие электромагнитной мощности фотона.

Сравнивая для фотона выражение (3) и (5)

и

Получим для напряжения, тока и мощности фотона следующие зависимости

= ; (6)

С другой стороны, эти величины можно выразить через напряженности электрических и магнитных полей

= (7)

Где - граничные размеры фотона;

- радиус фотона

, – напряженности электрического и магнитного полей фотона.

Граничные размеры фотона получим из выражения момента количества движения фотона [5, с. 79; 6, с. 317].

(8)

где - скорость света в вакууме

– длина волны фотона, м

– масса фотона, кг

Проведя преобразования, получим следующие выражения для электромагнитных параметров фотона и их связи с квантовыми параметрами, которые сведены в таблицу 1.

Таблица 1

Название параметра

Формулы, выраженные через

Формулы выраженные через ,

Электромагнитная мощность фотона

Энергия фотона

=

Напряжение фотона

Ток фотона

Масса фотона

=

=

Квант магнитного поля

Напряженность электрического поля

Квант электрического поля

Напряженность магнитного поля

Постоянная

=

Импульс фотона

Таким образом, фотон можно характеризовать не только частотой колебаний, энергией, массой, импульсом, но и величинами напряженностей электрического и магнитного полей, электромагнитной мощностью, напряжением, током.

В таблице 2 приведены результаты расчетов электромагнитных параметров для фотонов фиолетового, зеленого и оранжевого видимого излучения.

Таблица 2

Частота

Электромагнитная мощность

Напряжение

Сила тока

Напряженность электрического поля

Напряженность магнитного поля

Радиус фотона

7,5∙

6∙

5∙

3,727∙

2,385∙

1,656∙

3,105

2,5

2,07

12∙

9,6∙

8∙

7,7625∙

4,968∙

3,45∙

300

192

133,3

6,4∙

7,96∙

9,55∙

Расчеты показывают, что фотоны различной частоты имеют разные линейные размеры и разные величины и . При этом, чем выше частота, тем меньше линейные размеры фотона и тем больше величины , , .

Литература:

  1. Гомоюнов К.К Совершенствование преподавания технических дисциплин. -Л: Издательство Ленинградского университета, 1983, 206с
  2. Бутиков Е.И, Быков А.А., Кондратьев А.С. Пособие по физике. - М: ООО «Издательство Мир и Образование, 2004, 640с
  3. Тарасов Л.В Введение в квантовую оптику. М: Высшая школа, 1987, 304с
  4. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. – М: Наука, Главный редактор физико-математической литературы, 1981, 512с
  5. Королев Ф.А. Теоретическая оптика. – М: Высшая школа 1966, 596с
  6. Хайкин С.Э. Физические основы механики, Нос издательство физико-математической литературы. - М. 1962, 772с
Основные термины (генерируются автоматически): магнитное поле, электрическое поле, единица измерения, напряженность, фотон, электромагнитная мощность, граничный размер фотона, световая волна, электромагнитная мощность фотона, электромагнитное излучение.


Задать вопрос