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
Согласно квантовой теории, электромагнитное излучение испускается или поглощается в виде порций энергии (квантов).
Где
Воспользуемся методом анализа размерностей и запишем единицу измерения
[
Как видно единицу измерения

Так как элементарный электрический поток (квант электрического поля) имеет величину, равную
по численному значению, равное постоянной Планка.
Для фотона можно ввести понятие электромагнитной мощности

Где Т – период колебаний электромагнитного поля фотона с другой стороны выражение для мощности фотона можно записать в виде
Где Uф, Iф – напряжение и ток, соответствующие электромагнитной мощности фотона.
Сравнивая для фотона выражение (3) и (5)
Получим для напряжения, тока и мощности фотона следующие зависимости
С другой стороны, эти величины можно выразить через напряженности электрических и магнитных полей
Где
Граничные размеры фотона получим из выражения момента количества движения фотона [5, с. 79; 6, с. 317].
где
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
Литература:
- Гомоюнов К.К Совершенствование преподавания технических дисциплин. -Л: Издательство Ленинградского университета, 1983, 206с
- Бутиков Е.И, Быков А.А., Кондратьев А.С. Пособие по физике. - М: ООО «Издательство Мир и Образование, 2004, 640с
- Тарасов Л.В Введение в квантовую оптику. М: Высшая школа, 1987, 304с
- Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. – М: Наука, Главный редактор физико-математической литературы, 1981, 512с
- Королев Ф.А. Теоретическая оптика. – М: Высшая школа 1966, 596с
- Хайкин С.Э. Физические основы механики, Нос издательство физико-математической литературы. - М. 1962, 772с