Фотонная энергия поступает в пакетах - физиков.нет
Винтажный Клуб для гитаристов
2 голосов
/

С страница Гиперфизика на Фотоэффект :

Согласно гипотезе Планка, все электромагнитное излучение квантуется и происходит в конечных «пучках» энергии, которые мы называем фотонами. Квант энергии для фотона - это не постоянная Планка $h$, а произведение $h$ и частоты. Квантование подразумевает, что фотон синего света данной частоты или длины волны всегда будет иметь одинаковый размерный квант энергии.

Я до сих пор не понимаю, как выглядит фотон или как квантуются световые / электромагнитные волны.

Если в какой-то неограниченной системе (не в коробке, а в вакууме без границ) у меня есть «свет» и ничего больше, а энергия системы равна $E_0$, откуда я знаю, сколько фотонов существует в эта система?

Один из способов взглянуть на это: $$ E_0=ℏω_0 $$ это означало бы, что есть один фотон с энергией $ℏω_0$. Тем не менее, можно также увидеть это как

$E_0=2ℏω_1$, где $ω_1=ω_0/2$.

И это будет означать, что есть два фотона с частотой $ω_1$. Другими словами, как можно квантовать / дискретизировать энергию, когда сама частота непрерывна.

Я знаю, что есть похожие посты, но я не мог их понять. В некоторых постах они упоминали фотоэлектрические эффекты, но из того, что я понял, это просто означало, что свет содержит энергию, а энергия переносима. Есть также ответы на гипотезу Планка, для меня это просто математическая формулировка, чтобы соответствовать экспериментальным данным. Но интуиция «света квантуется» все еще остается для меня загадкой.

Ответы [ 3 ]

2 голосов
/

Энергия как таковая не квантуется, мы можем видеть это из спектра черного тела: это непрерывный спектр, поэтому возможны все значения частоты и, следовательно, энергии.

Однако энергии фотонов, которые испускаются атомами, когда электрон в корпусе атома переключается с более высокого уровня на более низкий, разрешено достигать только некоторых конкретных значений. Причиной этого является тот факт, что атом является ограниченной системой, поэтому электрон в его оболочке не является свободным. Энергия свободного электрона может снова достичь любого значения.

Теперь, чтобы описать дискретные энергетические уровни в атоме, необходимо было иметь модель, в которой электромагнитные волны могут нести некоторую характеристическую энергию, модель фотона. В классической волновой модели такие дискретные уровни энергии не могут быть описаны. Это не означает, однако, что любая система показывает дискретные энергетические уровни, это могут делать только связанные состояния, такие как атомы.

0 голосов
/

Излучение кажется квантованным только в заключении. То же самое относится и к электронам - они, кажется, движутся как волны в заключении. В заключении много участников и очень мало места для перемещения. Это также может быть небольшое число, но очень быстрое перемещение в небольшом пространстве, что дает тот же эффект.

В результате заключения кулоновский обратный квадрат меняется на закон Крюка - закон космической пружины. Закон Крюка виден в каждой вибрационной системе. (Доказательство простое: возьмите три равных расстояния на одной линии. Сдвиньте середину, удерживая концы неподвижными, и вы увидите силу; f = k / r ^ 2 меняется на f = Кр в пределе малого смещения). В результате вибрации все силовое поле становится гармоничным, заставляя электрон вести себя как волна. И энергетические уровни становятся дискретными (характерными для вибрирующих систем), заканчиваясь светом, который ведет себя как кванты или частицы, как Эйнштейн обнаружил в своей работе по фотонам. Но находясь в открытом состоянии, электроны ведут себя как частицы с четко определенным путем - как можно видеть в многочисленных экспериментах, начиная от вакуумной трубки и заканчивая облачной камерой. И фотоны / излучение возвращаются к волновому поведению, как обнаружил Гюйгенс.

Самый простой способ представить фотон - думать о нем как о вероятности нахождения этой энергии фотона в точке. Таким образом, можно избежать вопросов о размере и остальном.

0 голосов
/

Ваш вопрос относится к первоначальной работе Планка, где он определил постоянную Планка.

Во-первых, вы должны опираться на термодинамику, которая говорит нам, как системы в равновесии распределяют энергию между собой. Таким образом, система с фиксированной энергией может иметь один фотон высокой энергии, или она может иметь два фотона с вдвое меньшей энергией - но ни одна из систем не находится в тепловом равновесии. Учитывая многочисленные механизмы перераспределения энергии на другие частоты, распределение фотонов будет представлять собой так называемый спектр излучения черного тела. Если бы свет не был квантован, тепловые эффекты способствовали бы проникновению всей энергии на более высокие частоты. Однако, если количество энергии на данной частоте квантуется, тогда плотность энергии достигнет максимума на конечной частоте.

Добро пожаловать на сайт физиков.нет, где вы можете задавать вопросы и получать ответы от других членов сообщества.
...