О мощности фотона и фотонном генераторе

Натанзон Дмитрий Давыдович

Исходя из соотнесения параметров обоих наблюдаемых процессов фотонного излучения - электромагнитной волны и потока квантов - получена формула для мгновенной мощности фотона, на основании которой предложена для экспериментальной проверки схема фотонного генератора.

Для непрерывного монохроматического фотонного излучения, характеризуемого постоянной мощностью Р=const., на любом временном промежутке t выполняется соотношение р = dW/dt =P, где W – полная энергия излучения на промежутке t, р – мгновенная мощность излучения.

То есть, для непрерывного излучения значения мгновенной и постоянной мощности равны.

Согласно современным физическим представлениям фотонное излучение динамически структурируется в виде двух наблюдаемых процессов:

потока дискретных квантов с энергией Е = hv;

электромагнитной волны с периодом Т = h/E.

Оба этих процесса являются проявлением одного физического явления, что дает основание для соотнесения параметров обоих процессов.

Строго говоря, для монохроматического излучения формула P*t=W справедлива для t = k*T, где k=1,2, 3,… поскольку электромагнитная волна с нецелым числом периодов не существует.

Из этого следует, что один период Т есть минимальный интервал времени, на котором справедливо равенство мгновенной р и постоянной Р мощности излучения.

Тогда энергия квантов W(T), выделяемая за период Т: W(T) = P*T. С другой стороны эта же энергия W(T) = Е*n, где n – число квантов, выделяющих энергию за время Т. Из равенства P*T = Е*n следует: Р/n = Е/T. Но отношение Р/n как раз и определяет мгновенную мощность фотона р(ф):

р(ф)= Е/T. Подставляя Т = h/E, получаем формулу для мгновенной мощности фотона р(ф) = Е^2/h или через частоту v: р(ф) = h*v^2, где v=1/T – частота электромагнитной волны монохроматического фотонного излучения.

Правомерность введения понятия мгновенной мощности фотона основано на том простом факте, что фотон "сбрасывает" свою энергию в фотохимических реакциях, в реакциях фотосинтеза и т.д. не за нулевой промежуток времени, а за вполне конечный.

Оценим значение мгновенной мощности р(ф) красного фотона (Е = 1,7 эВ): р(ф) = (1,7*1,6*10^ (-19))^2/6,63*10^(-34) (Дж/с) = 1,12*10^(-4) (Вт) =

= 0,112 (мВт) = 112 (мкВт) – макровеличина, демонстрирующая, какие чудовищные бури происходят в микромире.

Квадратичная зависимость мгновенной мощности фотона от его энергии объясняется уменьшением интервала времени "рождения" и "смерти" фотона с ростом его энергии.

Поскольку излучение и поглощение фотона происходят на одной арене - на электронных оболочках атомов - и, вероятно, по одному закону, можно предположить, что оба эти процесса осуществляются за одинаковый промежуток времени – период Т.

Это предположение может быть проверено в эксперименте по созданию фотонного генератора.

Для этого достаточно создать тормозящее электрическое поле с градиентом

G = р(ф)/V = E^2/(h*V) (В/м), где V – начальная скорость электрона. Определим значение градиента G (В/м) для генерации красного фотона

Е = 1,7 (эВ) при скорости электрона V = 10^8 (м/с), соответствующей скорости электрона в кинескопе цветного ТВ.

Получим: G= 1,7^2/(4,14*10^(-15)*10^8) = (2,9/4,14)*10^7 = 7*10^6 (В/м) = =7000 (В/мм). В таком поле электрон с начальной скоростью V = 10^8 (м/с) будет терять энергию Е = 1,7 (эВ) за время Т = h/E = 4,14*10^(-15)/ 1,7 = 2,44*10^(-15) (с), где h = 6,63*10^(-34) (Дж*с) = 4,14*10^(-15) (В*с).

Этому периоду Т = 2.44*10^(-15) (с) соответствует фотонное излучение в красной части спектра.

Таким образом, если предположения справедливы, тормозное излучение электрона, влетающего с начальной скоростью 100000 км/с параллельно вектору тормозящего электрического поля с градиентом

7000 В/мм, будет находиться в красном участке оптического спектра.

Тем самым, в фотонном генераторе будет происходить процесс, аналогичный тому, что имеет место на электронных оболочках атомов элементов.

Внимание, отключите Adblock

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

Скачать