пользователей: 30398
предметов: 12406
вопросов: 234839
Конспект-online
РЕГИСТРАЦИЯ ЭКСКУРСИЯ

Давление света

Давление света - это давление, которое производят электромагнитные световые волны, падающие на поверхность какого-либо тела.

Давление р, оказываемое волной на поверхность металла можно было рассчитать, как отношение равнодействующей сил Лоренца, действующих на свободные электроны в поверхностном слое металла, к площади поверхности металла:

davlenie.gif

Квантовая теория света объясняет давление света как результат передачи фотонами своего импульса атомам или молекулам вещества.

 

Давление света

 

Давление света на газы в сотни раз меньше, чем на твёрдые тела. Давление света показывает, что поток излучения обладает не только энергией, но и импульсом, а следовательно, и массой.

 

     Основной постулат корпускулярной теории электромагнитного излучения звучит такэлектромагнитное излучение (и в частности свет) – это поток частиц,называемых фотонами. Фотоны распространяются в вакууме со скоростью, равной предельной скорости распространения взаимодействияс = 3·108 м/с, масса и энергия покоя любого фотона равны нулю, энергия фотона E связана с частотой электромагнитного излучения ν и длиной волны λ формулой

  image287.png (2.7.1)  

      Обратите внимание: формула (2.7.1) связывает корпускулярную характеристику электромагнитного излучения, энергию фотона, с волновыми характеристиками – частотой и длиной волны. Она представляет собой мостик между корпускулярной и волновой теориями. Существование этого мостика неизбежно, так как и фотон, и электромагнитная волна – это всего-навсего две модели одного и того же реально существующего объекта  электромагнитного излучения.

 

      Всякая движущаяся частица (корпускула) обладает импульсом, причём согласно теории относительности энергия частицы Е и ее импульс p связаны формулой

  image289.png (2.7.2)  

где image291.png  энергия покоя частицы. Так как энергия покоя фотона равна нулю, то из (2.7.2) и (2.7.1) следуют две очень важные формулы:

  image293.png, (2.7.3)  
  image295.png. (2.7.4)  

      Обратимся теперь к явлению светового давления.

      Давление света открыто русским ученым П.Н. Лебедевым в 1901 году. В своих опытах он установил, что давление света зависит от интенсивности света и от отражающей способности тела. В опытах была использована вертушка, имеющая черные и зеркальные лепестки, помещенная в вакуумированную колбу (рис. 2.10).

image297.jpg image299.jpg
Рис. 2.10

      Вычислим величину светового давления.

      На тело площадью S падает световой поток с энергией image301.png , где N – число квантов (рис. 2.11).

image303.jpg
Рис. 2.11

      KN квантов отразится от поверхности; (1 – K)N– поглотится (рис. 2.10), K– коэффициент отражения.

      Каждый поглощенный фотон передаст телу импульс:

  image305.png. (2.7.5)  

      Каждый отраженный фотон передаст телу импульс:

  image307.png, (2.7.6)  

т.к. image309.png .

      В единицу времени все N квантов сообщают телу импульс р:

  image311.png. (2.7.7)  

      Т.к. фотон обладает импульсом, то импульс, переданный телу за одну секунду, есть сила давления – сила, отнесенная к единице поверхности.

      Тогда давление image313.png , или

image315.png

где J – интенсивность излучения. Т. е. давление света можно рассчитать:

  image317.png, (2.7.8)  

·     если тело зеркально отражает, то K = 1 и image319.png

·     если полностью поглощает (абсолютно черное тело), то K = 0 и image321.png , т.е. световое давление на абсолютно черное тело в два раза меньшечем на зеркальное.

      Итак, следующее из корпускулярной теории заключение, что световое излучение оказывает давление на материальные предметы, причем величина давления пропорциональна интенсивности излучения, прекрасно подтверждается в экспериментах.

      Одним из следствий давления солнечного света, является то, что кометы, пролетающие вблизи Солнца, имеют «хвосты» (рис. 2.12).

image323.jpg image325.jpg

хиты: 14
рейтинг:0
для добавления комментариев необходимо авторизироваться.
  Copyright © 2013-2024. All Rights Reserved. помощь