Презентация "Световое давление" по физике – проект, доклад

Сегодня: вторник, 14 мая 2019 г.

ДАВЛЕНИЕ СВЕТА

Рассмотренные нами явления интерференции, дифракции, поляризации объясняются с точки зрения волновой теории света. Тепловое излуче-ние, фотоэффект, эффект Комптона можно объяс-нить только с позиций квантовых представлений о свете. Свет имеет как бы двойственную природу.

Волновые и квантовые свойства света находятся в неразрывном единстве. Единство указанных свойств позволяет глубже понять и истолковать ряд наблюдаемых явлений взаимодействия излучения с веществом.

Рассмотрим с обеих точек зрения механическое действие света – давление, оказываемое им на встречные тела.

Рис. 1.

Пусть на плоскую поверхность Р падает перпендикулярно к ней электромагнитная волна.

Векторы и

лежат в плоскости Р

и действуют на электрические заряды, входящие в состав тела.

Под действием силы

электрические за –

ряды приходят в направленное движение вдоль поверхности, образуя поверхностный ток I.

В металлах это ток проводимости, а в диэлектриках – поляризационный ток смещения.

Магнитные силы

, действующие на ток

по закону Ампера будут всегда направлены перпендикулярно направлениям тока и магнитного поля, т.е. внутрь тела.

Заряды, расположенные на поверхности тела и связанные с его атомами, независимо от знака «вдавливаются» в тело.

Ускорение и скорость υ этих зарядов пропорциональны величине Е. Магнитные же силы пропорциональны , т.е., в конечном счете, пропорциональны произведению

Однако последнее выражение пропорционально объемной плотности электромагнитной энергии ω падающей на поверхность тела волны. Точный расчет величины давления света по тенории Максвелла приводит к выражению:

где

– коэффициент отражения от данной поверхности.

(1)

Аналогичная формула светового давления может быть получена и с точки зрения фотонной теории света.

В этом случае световое давление следует рассматривать как результат передачи импульса фотонов поглощающей или отражающей поверхности.

Поток монохроматического света частоты v, падающий нормально на поверхность и приносящий за 1 с на 1 м2 энергию равную Е, содержит N фотонов, где N определяется из условия:

(2)

Так как каждый фотон обладает импульсом ,

то он сообщает поглощающей поверхности импульс , а отражающей .

Импульс, сообщаемый 1 м2 абсолютно поглощающей поверхности за 1 с, равен

Но импульс, сообщаемый единице поверхности тела в единицу времени – это и есть давление:

(3) (4)

Итак, давление на поглощающую поверхность

а на полностью отражающую –

В общем случае, когда коэффициент отражения равен , из полного числа N фотонов, падающих на 1 м2 за 1 с, поглощается и отражается

фотонов.

Сообщаемый фотонами единице поверхности в единицу времени импульс равен:

(5) (6)

Правая часть последнего выражения находится в согласии с формулой Максвелла и представляет формулу светового давления:

(7) Рис. 2.

Экспериментально давление света впервые было измерено П.Н.Лебедевым. О результатах он сообщил на конгрессе в Париже в 1900 г.

Таким образом, исходя из результатов опыта и теоретических представлений о световом давлении можно утверждать, что свет обладает двойственной корпускулярно-волновой природой.

Как, однако, соединить противоречивые свойства «волна и частица», принадлежащие одному материальному объекту – свету.

Рассматривая различные явления, связанные с волновыми свойствами света, например, дифракцию света на дифракционной решетке, можно считать, что освещенность в различных точках экрана прямо пропорциональна вероятности попадания фотонов в эти точки.

Однако, с дугой стороны, освещенность пропорциональна интенсивности света, а интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды светового вектора .

Отсюда вывод: квадрат амплитуды световой волны, в какой либо точке есть мера вероятности попадания фотонов в эту точку.

Рис. 3.

И.Кеплер. Начало XVII в.

Конец лекции по данной теме