ТИСК СВІТЛА В ХВИЛЬОВІЙ І ФОТОННІЙ ТЕОРІЯХ. ДОСЛІДИ ЛЕБЕДЄВА

Важливе значення в розвитку вчення про світло як вид матерії мало відкриття тиску світла.

Ідею про тиск світла на освітлені тіла вперше висловив Й. Кеплер. Він вбачав у світловому тиску причину зміщення кометних хвостів у напрямі від Сонця.

Проте перші експериментальні спроби виявити тиск світла успіху не мали.

Існування світлового тиску теоретично обгрунтував і визначив його, виходячи з уявлень про електромагнітну природу світла, Дж. К. Максвелл. Під світлом він розумів поширення поперечних електромагнітних хвиль.

Уявимо, що світлова хвиля падає перпендикулярно на деяку поверхню тіла Р(рис. 4).

Рис. 4

В цьому випадку її вектори напруженості Еі H, що лежатимуть в площині Р, зумовлюватимуть такі ефекти. Під дією сили f_E = qEпозитивний заряд почне зміщуватися вздовж поверхні в напрямі Е, а від'ємний — у напрямі, протилежному до Е, тобто виникне поверхневий струм і, паралельний Е. У провіднику це буде струм провідності, а в діелектрику — поляризаційний струм зміщення.

Магнітне поле світлової хвилі діятиме на цей струм за законом Ампера з силою f_H, напрямленою всередину тіла; сила f_H визначатиме світловий тиск на поверхню тіла.

Оскільки поверхневий струм i пропорційний Е, а сила Ампера пропорційна силі струму i та H, то в кінцевому результаті сила f_н і тиск світла рпропорційні добутку Е•Н. Останній, записаний у векторній формі, визначає потік електромагнітної енергії за одиницю часу через одиницю поверхні, перпендикулярної до напряму поширення енергії — вектор Умова — Пойтінга

за останнім виразом можна знайти густину енергії потоку

та зміну імпульсу за одиницю часу на одиниці поверхні — тиск світла. З цих залежностей Максвелл вивів формулу для світлового тиску:

(1)

де ρ — коефіцієнт поверхневого відбивання світла.

Рис. 5

Тиск світла ще простіше з'ясовується у фотонній теорії. Тиск світла є результат передачі імпульсу фотонів поверхні тіла. Величину цього тиску можна обчислити з таких міркувань. Нехай на ділянку поверхні тіла ∆S(рис. 5) перпендикулярно до неї падає пучок монохроматичного світла з частотою v. Якщо кількість фотонів в одиниці об'єму падаючого світла n₀, то за час ∆t на поверхню ∆Sвпаде фотонів.

З них, при коефіцієнті поверхневого відбивання світла r, відіб'ється від поверхні фотонів, а поглинуто буде фотонів.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Дослід 2.	\|	Зміна сумарного імпульсу фотонів на поверхні А за одиницю часу визначить силу, що діє на поверхню.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.014 сек.