Если в уравнениях учитывать квантовый характер полей и дискретную структуру токов смещения, то в расчетах электромагнитных волн появляется дискретность, что соответствует принципу корпускулярно-волнового дуализма. Квант электромагнитного потока излучения состоит из кванта электрического потока и кванта магнитного потока, т.е. энергия электромагнитного кванта состоит из энергии кванта электрического потока и энергии кванта магнитного потока.
«... плотность энергии электромагнитного поля складывается из плотностей энергии электрического и магнитного полей.»
Физика. В.Ф.Дмитриева. 2001. С.258.
«... в бегущей плоской электромагнитной волне электрическая энергия в любой момент равна магнитной.»
Общий курс физики. Электричество. Д.В.Сивухин. 1996. Т.3. Ч.2. С.18.
Наименьшее поперечное возмущение (дискретная волна) состоит из двух разноименных областей возмущения в один квант заряда, между которыми существует элементарный электрический поток величиной в один квант потока, т.е. ток электрического смещения поля:
Iсм = 2ev,
где e - квант электрического потока (квант количества электричества), v - частота. Зная силу тока, можно найти магнитную энергию электромагнитного кванта:
Wм = IсмФ0/2,
где Ф0 - квант магнитного потока (квант количества магнетизма). Согласно электродинамике, в поперечной электромагнитной волне электрическая энергия всегда равна магнитной Wэ = Wм, поэтому полная энергия электромагнитного кванта равна:
W = Wэ + Wм = 2Wм = IсмФ0.
Коэффициент пропорциональности h = 2eФ0 упрощает выражение:
W = IсмФ0 = 2eФ0v = hv.
Зная частоту изменения магнитного потока, можно найти ЭДС:
U = 2Ф0v.
Эффективная мощность электромагнитного возмущения:
P = UIсм = 2Ф0v·2ev = 4eФ0v2.
Протяженность поперечного возмущения равна половине длины волны, так как в поперечном возмущении разноименные области расположены поперечно, а не продольно, что является отличием поперечного возмущения от продольного. Т.е., чтобы найти энергию, надо умножить мощность на время, равное половине периода:
W = PT/2 = 4eФ0v2/2v = 2eФ0v = hv.
Соотношение между замкнутым током смещения и массой:
Mc2 = W = IсмФ0, M = e0m0IсмФ0,
где e0 - электрическая постоянная, m0 - магнитная постоянная. Получается, 1 А – 2.301·10-32 кг. Соотношение между ЭДС и энергией:
W = 2eФ0v = eU.
Получается, 1 В – 1.602·10-19 Дж, т.е. равен одному электронвольту. Таким образом, электромагнитный квант с ЭДС в один вольт обладает энергией, равной одному электронвольту.
« 1 эВ = 1.60219·10-19 Дж »
Физическая энциклопедия. ЭЛЕКТРОНВОЛЬТ.
Таким образом, в электромагнитных волнах дискретны токи смещения и энергия электрических и магнитных потоков. Для их вычисления достаточно знать частоту электромагнитной волны, величину кванта электрического потока и кванта магнитного потока, либо вместо них, чисто для упрощения выражения, можно использовать коэффициент пропорциональности h = 2eФ0 = 6.626·10-34 Кл·Вб, представляющий квант электромагнитного потока.
«E = hv. Коэффициент пропорциональности h в этом выражении носит название постоянная Планка.»
Физика. О.Ф.Кабардин. 1991. С.299.
Но для элементарных частиц, где единицей измерения является электронвольт, коэффициент пропорциональности только усложняет выражение W = hv/e, т.е. более рациональной является естественная формула W = 2Ф0v, без коэффициента пропорциональности. Эта формула как бы подчеркивает, что в фотоне магнитный поток равен кванту магнитного потока, где магнитная энергия равна W = Ф0v.
«Существование кванта магнитного потока отражает квантовую природу явлений магнетизма.»
Физический энциклопедический словарь. КВАНТ МАГНИТНОГО ПОТОКА.
«... на рис. 227 показана моментальная "фотография" плоской электромагнитной волны ...»
Курс физики. Т.И.Трофимова. 1998. С.299.
К сожалению, в учебной литературе - в виде моментальной "фотографии" - можно встретить только идеалистическое представление электромагнитной волны, что на самом деле не имеет ничего общего с ее реальным полевым строением. На таких рисунках все индукционные линии начинаются на оси X, что противоречит электродинамике, а линии электрических токов смещения вообще отсутствуют, т.е. как бы забывают, что введение тока смещения позволило Максвеллу представить полевую структуру электромагнитных возмущений, вывести уравнения и тем самым предсказать существование электромагнитных волн. Надо заметить, иногда ошибочно считается, что в линейных электромагнитных волнах электрические потоки замкнуты, на самом деле замкнуты линии тока смещения, а электрическое поле является вихревым, но не соленоидальным, так как линии электрической индукции направлены между разноименными областями возмущения, т.е. электрический поток существует между разноименными областями распространяющегося возмущения - нет кругового (замкнутого) потока электрической индукции. Движущийся электрический поток - это изменяющееся (нестационарное) электрическое поле, что представляет ток смещения Iсм = dФe/dt. Для наглядности можно рассмотреть движение двух поперечно ориентированных разноименных зарядов. Такое распространяющееся поперечное электрическое возмущение поля создает движущийся поперечный электрический поток, который представляет вихревое (нестационарное) электрическое поле, т.е. ток смещения и, соответственно, магнитный поток. Здесь, как и в поперечном электромагнитном возмущении, существует электрический поток между двумя разноименными зарядами. При этом ток смещения возникает без кругового потока электрической индукции. Также векторы электрической и магнитной индукции взаимно перпендикулярны, а их фазы совпадают. Такое движущееся электромагнитное возмущение, хотя и образует вторичные волны, но не создает излучения, так как все возникающие электромагнитные волны, интерферируя в окружающем пространстве, гасят друг друга, не излучаясь.
«... каждая точка среды, до которой доходит световое возбуждение, является, в свою очередь, центром вторичных волн.»
Физика. В.Ф.Дмитриева. 2001. С.283.
Точнее, каждая точка полевой среды, до которой доходит электромагнитное возмущение, является центром вторичных волн, но при этом излучение может не возникать, если все вторичные волны, интерферируя между собой, полностью гасят друг друга.
То, что электрический поток в линейных электромагнитных волнах не является соленоидальным (замкнутым), - это экспериментальный факт: в продольном направлении электрическая индукция поля отсутствует, т.е. нет кругового электрического потока, электрическая индукция поля всегда поперечна, представляя поперечное электрическое возмущение поля (поперечное электрическое смещение поля).
«... на участках bc и ad направления напряженности поля и перемещения при обходе контура взаимно перпендикулярны ...»
Основы физики. Л.А.Грибов, Н.И.Прокофьев. 1995. С.319.
Т.е. линейная электромагнитная волна на продольных участках контура bc и ad не создает электрической напряженности поля - электрическая индукция всегда поперечна. Если бы линии электрической индукции были замкнуты по кругу, то обязательно имелась бы продольная составляющая напряженности поля.
«Меняющееся магнитное поле рождает электрическое поле, силовые линии которого охватывают силовые линии магнитного поля и т.д. ... Кроме того, в электромагнитной волне векторы E и B всегда колеблются в одинаковых фазах, одновременно достигают максимума, одновременно обращаются в нуль.»
Физика. В.Ф.Дмитриева. 2001. С.259.
Если в электромагнитной волне линии электрической индукции охватывают линии магнитной индукции, т.е. между фазами у них есть сдвиг, то как же они могут колебаться в одинаковых фазах? Надо заметить, что такая ошибка в книгах по электродинамике встречается довольно часто, так как путают индукционные линии вихревого электрического поля с линиями тока электрического смещения. На самом же деле линии магнитной индукции охватывают линии тока смещения, а линии электрической индукции не замкнуты и это подтверждают прямые экспериментальные факты - в продольном направлении электрическая напряженность поля в поперечных электромагнитных волнах отсутствует. В начале электромагнитного возмущения электрическая индукция возрастает и ток смещения течет в одном направлении. В конце возмущения электрическая индукция уменьшается и ток смещения течет в обратном направлении. Например, если в распространяющихся электромагнитных возмущениях электрические потоки индукции равны одному кванту количества электричества, то такие возмущения создают круговые токи смещения силой Iсм = 2ev.
«Ток смещения Iсм = dФe/dt, где Фe - поток электрического смещения ...»
Справочник по физике. Б.М.Яворский, А.А.Детлаф. 1996. С.289.
В тех точках электромагнитной волны, где плотность токов электрического смещения максимальна, плотность электрических и магнитных потоков равна нулю - нет электрической и магнитной индукции. И наоборот, в тех точках, где плотность электрических и магнитных потоков максимальна, там плотность токов электрического смещения равна нулю. Таким образом, в электромагнитной волне токи электрического смещения поля переходят в электрические и магнитные потоки возмущения поля и наоборот.
Электрические и магнитные потоки имеют квантовую природу и всегда дискретны, что в конечном итоге и проявляется как дискретность электромагнитных волн (электромагнитных потоков). Таким образом, рассматривая полевую структуру электромагнитных волн, необходимо учитывать квантовый характер электрических и магнитных потоков, что естественным образом приводит к дискретности электромагнитных волн - дискретности электромагнитных потоков излучения.