请谈谈关于电磁波和光子的一些烧脑问题(见问题描述)。
光子并不是一个实心球,它只是一个描述电磁波振荡形式的抽象概念。就像我们可以用“水波”这个概念来描述“水波”的振荡一样。
2.光子的频率和波长与电磁波的频率和波长有什么关系?光子的频率和波长就是这个电磁波的频率和波长,是一回事。我们在上面的问题中统一了这两个概念的关系。所以光子的波长和频率是指光子携带的电磁波的波长和频率。
大量的光子一起运动,所以每个光子都可以以自己的频率和波长存在。我们看到的太阳光,其实是不同频率、不同波长的光子同时进入我们的眼睛时看到的。单色光只包含大量相同频率的光子。
但为了不混淆视听,可以说光子本身就是电磁波,而不是说很多光子集合起来形成电磁波。
上图:光子的时空结构是一个完整的电磁波波长(或周期)。
3.为什么高功率微波不能产生电离效应?要引起电离,你需要足够高的能量,能量高到足以把电子从原子中“敲”出来。不同物质电离所需的能量不同,这就是光电效应的能量阈值。
金属板上的电子具有一定的能量,可以用“功函数”来描述。更严格地定义为将电子推离原子核无限远所需的能量(即电离能)。我们可以利用势能方程很容易地计算出简单原子的数目,比如下面这个氢原子的功函数:
对于氢以外的任何原子,功函数都会变得太复杂而无法计算。电子的能量取决于原子核的电荷、电子的电荷以及原子核和电子之间的距离。
量子电动力学理论告诉我们:
光的频率与光的波长成反比。具体来说,
在常数c是光速的情况下,λ是波长,V是频率。
所以回到我们之前的方程,光子的能量也是和波长成反比的。在所有可见光中,红光波长最长(因此能量最低),蓝光波长最短(能量最高)。
上图:蓝色光子(波长= 475 nm)撞击金属板,敲出电子。蓝光比大多数可见光设备具有更多的能量。
上图:绿光光子(波长= 510 nm)打在同一块金属板上。因为绿光(每个光子)的能量比蓝光小,所以电子被撞出来的能量少,所以速度也小。
上图:红色光子(波长= 650纳米)击中金属板。红光波长最高(频率最低),所以在所有可见光中能量最少。在这种情况下,光子的能量小于“功函数”。因此,电子吸收光子,但没有获得足够的能量逃逸到金属板。
光的能量与光子的密度无关,而与光的频率有关。也就是说,只调节强光的强度并不能促进光电效应,要调节光的颜色。蓝光比红光更容易引起电离。
通常金属比较容易电离,因为金属外层的电子比较自由,稍微有点能量就被踢出去了。而常用金属的电离频率范围应该在可见光波段的蓝端(一般在绿光以上),红光无法引起光电效应,更不用说频率更低的微波了。
微波的频率远低于可见光的频率。微波功率再高,光子能量还是很低。增加微波功率只是增加单位时间的光子通量,而不是光子能量。因此,微波几乎不会引起电离。
上图:电磁波谱和波长示意图。
4.电磁感应和光电效应是否可以视为本质相同(磁通量变化产生的电动势=光子为电子提供能量)?从某种意义上说,光电效应可以看作是电磁波能量转化为电子动能的过程。但似乎形成洛伦兹力的电磁感应本质上是有联系的,但并不严谨。
光电效应是能级模型的特例,即电子被激发到电离能态,结果电子飞出原子核的束缚。激发的过程可以说是光子和电子之间的感应,但能级的跃迁属于一种量子效应,是原子核外静电势能场的量子现象。
我们宏观上讲的洛伦兹力,其实就是这种微观现象的宏观表现。虽然我们称之为电磁感应现象,但实际上描述的是同一原理下不同尺度上的不同表现。本质上归结为电子动能的变化,但在不同的尺度上体现为不同的现象,一个叫洛伦兹力,一个叫光电效应。
上图:电磁场中的洛伦兹力。
总结一下光子就是电磁波,电磁波就是光子。
困扰提问者的核心问题是,无线电波和光是一回事吗?很多人觉得很简单,其实根本看不懂基本概念。
无线电波和光是不同类型的波,具有不同的性质。无线电波是简单的经典波,也就是普通的连续波。没有粒子概念,没有光子,没有二元性。手机用的是无线电波,不是微波,但频率和微波频段是一样的。
光和光族波是复杂的非经典波,量子不连续波和光子几率波。波粒二象性。微波也属于光波,不是无线电波。
所以电磁波是一个广义的概念,包括电磁振荡波和光子电磁波。前者指简单的无线电波,后者指复杂的光。
再高学历的人,认为光和电波本质上是一样的都是低级错误。
光学族波是由光子组成的不连续波。频率从低到高的顺序是:微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线、宇宙射线。
光?是电磁波的频段让视觉神经* * *吸收能量的表现。400A-650A左右的频段,400A以下称为红外,手机号小于1A,650以上为紫外,所以电磁波的这个频段称为光波,而由于电磁波传播像段位叠加一样是不连续的?因此,粒子称为中子,粒子和光称为光子。不要以为粒子是苹果形状的。为什么不在天上做一朵白云呢?