Die Energie einer elektromagnetischen Welle

Die Intensität einer elektromagnetischen Welle hängt nur von ihrer Amplitude ab E 2 und nicht seine Frequenz. Ein Photon hat die gleiche Wellenlänge wie die Welle, die es trägt, und seine Energie ist es auch H F .

Wenn also eine Laserwelle auf der gleichen Amplitude gehalten und die Wellenlänge reduziert wird, warum bleibt dann ihre Intensität gleich, obwohl ihre Photonen jetzt weniger Energie tragen?

Warum unterscheiden sich die Intensitäten elektromagnetischer Wellen so sehr von Schallwellen (und anderen Wellen, die sich durch ein Medium bewegen), die verwandt sind? F 2 E 2 ?

In Ihrem zweiten Absatz wollten Sie wohl sagen " weniger Energie tragen"?
@ twistor59 - Wenn die Wellenlänge reduziert wird, steigt die Energie eines Photons aufgrund der Beziehung nicht an E = H F ? So nimmt im Laserstrahl mit reduzierter Frequenz aber gleicher Amplitude die Photonenmenge ab.
Ja, @ twistor59, wenn die Wellenlänge reduziert wird, würden die Photonen mehr Energie tragen.

Antworten (2)

Damit die Intensität einer Lichtquelle gleich bleibt, während jedes Photon mit niedrigerer Frequenz weniger Energie trägt, muss eine größere Anzahl (pro Zeit, pro Fläche) der Photonen mit niedrigerer Frequenz im Strahl vorhanden sein als die ursprüngliche Anzahl der höheren Frequenz Photonen.

Zum zweiten Teil Ihrer Frage gebe ich zu, dass es verwirrend sein kann, dass die von E & M-Wellen übertragene Leistung von der Amplitude der Welle abhängt, während die von einem Modus einer schwingenden Saite übertragene Leistung sowohl von der Amplitude als auch von der Frequenz abhängt der Welle. Letztendlich läuft dies auf grundlegende Unterschiede in der Physik jedes Wellenphänomens hinaus.

Die Energie in einer schwingenden Saite ist reduzierbar auf die kinetische Energie der sich bewegenden Saitenelemente und die potentielle Energie aus der Spannung, die jedes Element aufgrund der Position seiner Nachbarn spürt. Bei fester Amplitude können Sie also sehen, dass Sie noch mehr Energie erhalten, wenn Sie das Seil schneller wackeln.

Die Energie in einer E&M-Welle ist ein völlig anderer Effekt: Sie kommt von der durchschnittlichen Größe des (quadratischen) elektrischen Felds in der Welle, das Arbeit leisten kann, um geladene Teilchen zu bewegen. Wenn Sie bei einer festen Amplitude die Frequenz erhöhen, erhöhen Sie nicht die durchschnittliche Größe des Felds.

Bitte beachten Sie, dass Laser praktisch eine Frequenz haben. en.wikipedia.org/wiki/File:Helium_neon_laser_spectrum.svg Für eine andere Frequenz ist ein anderes Lazing-Medium erforderlich, sodass man die Frequenz nicht verringern und gleichzeitig die Amplitude eines Lasers erhöhen kann.
Guter Punkt, Anna, +1. Das war eigentlich das Erste, was man hätte sagen sollen – und ich hätte es auch tun sollen.
Sie haben Recht, ich werde die Antwort bearbeiten, um "Laser" durch "Lichtquelle" zu ersetzen. Ich habe darüber nachgedacht wie bei dem Gedankenexperiment, das Sie für den photoelektrischen Effekt machen. Sie stellen sich vor, Sie hätten einige Frequenz- und Amplitudenknöpfe, die Sie für eine Lichtquelle drehen können.
Eine Vielzahl von Technologien ermöglichen abstimmbare Laser: en.wikipedia.org/wiki/Tunable_laser

Die Frequenz F und die Intensität oder Leistung P = ϵ 0 E M A X 2 A C (Energie pro Sekunde wo A Fläche) sind unabhängige Größen, sodass Sie sie unabhängig voneinander ändern können. Die Energie eines Photons ist E = H F es ist also eine einfache Funktion der Frequenz; die Anzahl der Photonen pro Sekunde ist daher P / E = P / H F . Beachten Sie aber, dass es hier mindestens zwei unabhängige Größen gibt, zB die Frequenz und die Leistung.

Die Energie einer elektromagnetischen Welle
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