¿Cuál es la conexión entre la relación de Planck-Einstein y la intensidad media de una onda electromagnética?

Esta es probablemente una pregunta tonta, y probablemente refleja una mala comprensión, en general, de la radiación electromagnética, pero aquí va de todos modos:

Me he encontrado con dos ecuaciones que estoy luchando por unir en un concepto unificado, en el contexto de la radiación electromagnética.

La primera ecuación es la relación de Planck-Einstein :

mi = h v ,
dónde mi es energía, h es la constante de Planck y v es la frecuencia del fotón.

La segunda ecuación es la intensidad media de una onda electromagnética. I promedio :

I promedio = mi 0 B 0 2 m 0
dónde mi 0 es la máxima intensidad de campo eléctrico, B 0 es la fuerza máxima del campo magnético, y m 0 es la permeabilidad del espacio libre.

Intensidad, I , tiene unidades de energía por tiempo por unidad de área (o julios por segundo por metro 2 ).

Ahora, por lo que entiendo, la primera ecuación describe cuánta energía tiene un fotón entrante a una frecuencia particular. Creo que la radiación electromagnética se propaga a través del espacio como un fotón. Por lo tanto, en algún lugar incrustado dentro de la I promedio ecuación debería ser la energía de un fotón, ¿verdad?

Entonces, aquí está mi confusión. Trabajo con resonancias magnéticas y genero pulsos de radiofrecuencia en el 250  megahercio rango para llevar a cabo mis experimentos.

Tenía la impresión de que el " 250  megahercio " se refiere a la frecuencia a la que oscilan el campo eléctrico y los campos magnéticos. ¿Cómo se relaciona este número con el v en la relación Planck-Einstein ? Hace v = 250  megahercio ? es decir, ¿la frecuencia del fotón es lo mismo que las oscilaciones de los campos eléctrico y magnético?

Además, parece que debe haber dos componentes que contribuyen a la energía de una onda electromagnética. En primer lugar, la frecuencia de la oscilación. Pero en segundo lugar, la amplitud del campo eléctrico y del campo magnético. En el I promedio ecuación, estos dos términos de amplitud se están considerando en la forma de mi 0 y B 0 . Sin embargo, no veo dónde entra en juego la frecuencia de las oscilaciones de los campos.

¡Cualquier aclaración sería muy apreciada! Saludos ~

Respuestas (1)

Cuando tienes la ecuacion mi = h v , eso es para un fotón. Ahora, una onda EM está hecha de miles de millones de fotones, por lo que la energía viene dada por mi = norte h v . Esta no es una fórmula útil, por lo que analizamos la energía por segundo por unidad de área. S ( t , v ) . Esta será dada por

S ( t , v ) = norte ( t ) h v
dónde norte ( t ) es el número de fotones que atraviesan una unidad de área por segundo. Y esto es con lo que se relaciona la amplitud. Entonces puedes ver cómo la energía está relacionada tanto con la amplitud como con la frecuencia.

Tenía la impresión de que los "250 MHz" se referían a la frecuencia a la que oscilan el campo eléctrico y los campos magnéticos. ¿Cómo se relaciona este número con el v en la relación Planck-Einstein? Hace v = 250 ¿Megahercio? es decir, ¿la frecuencia del fotón es lo mismo que las oscilaciones de los campos eléctrico y magnético?

¡Sí! La frecuencia de la oscilación del campo macroscópico es exactamente la frecuencia del fotón, o más precisamente, la energía/h del fotón. Puede leer más acerca de por qué esto es así aquí , aunque necesitaría saber una buena cantidad de QM.

¡Excelente! Exactamente lo que estaba buscando. Entonces, ¿eso significa que hay alguna constante de proporcionalidad (llamémosla k ) tal que norte ( t ) h v = k I promedio ?...o es tan sencillo como norte ( t ) h v = I promedio
norte ( t ) h v es la intensidad de la luz. Y la intensidad y la intensidad promedio en el tiempo están relacionadas por un factor de 1 2 y esto no tiene dependencia del tiempo.
mmm. ¿Es esto también correcto? 0 t norte ( t ) t h v = I promedio
Sí. Pero debido a la naturaleza periódica de norte ( t ) generalmente con una alta frecuencia ( 250 Mhz en su caso), es suficiente promediar durante un período de tiempo. Y la dependencia del tiempo es como C o s 2 ( 2 π v t ) cuyo promedio sobre un ciclo es 1/2.
Impresionante. Muchas gracias. Saludos ~