>> ضغط خفيف

§ 91 الضغط الخفيف

على أساس ماكسويل النظرية الكهرومغناطيسيةتوقع الضوء أن الضوء يجب أن يمارس ضغطًا على العوائق.

تحت تأثير المجال الكهربائي لموجة واقعة على سطح جسم، فلز مثلا، يتحرك إلكترون حر في الاتجاه مقابل المتجه(الشكل 11.7). يتم التأثير على الإلكترون المتحرك بواسطة قوة لورنتز الموجهة في اتجاه انتشار الموجة. القوة الإجمالية، والتي تعمل على إلكترونات سطح المعدن، وتحدد قوة الضغط الخفيف.

لإثبات صحة نظرية ماكسويل، كان من المهم قياس ضغط الضوء. لقد حاول العديد من العلماء القيام بذلك، ولكن دون جدوى، لأن الضغط الخفيف منخفض جدًا. في يوم مشمس مشرق، تؤثر قوة تساوي 4 10 -6 N فقط على سطح مساحته 1 م2. تم قياس ضغط الضوء لأول مرة على يد الفيزيائي الروسي بيوتر نيكولاييفيتش ليبيديف في عام 1900.

ليبيديف بيتر نيكولاييفيتش (1866-1912)- عالم فيزياء روسي وهو أول من قام بقياس ضغط الضوء على المواد الصلبة والغازات. أكدت هذه الأعمال نظرية ماكسويل كميًا. وفي محاولة للعثور على أدلة تجريبية جديدة للنظرية الكهرومغناطيسية للضوء، حصل على موجات كهرومغناطيسية بطول موجة ملليمتر ودرس جميع خصائصها. تم إنشاؤه لأول مرة في روسيا المدرسة البدنية. كان العديد من العلماء السوفييت البارزين من طلابه. اسم ليبيديف هو المعهد الفيزيائيأكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية (FIAN).

يتكون جهاز ليبيديف من قضيب خفيف جدًا على خيط زجاجي رفيع، لكن حوافه كانت ملتصقة بأجنحة خفيفة (الشكل 11.8). تم وضع الجهاز بأكمله في وعاء يتم ضخ الهواء منه. سقط الضوء على الأجنحة الموجودة على جانب واحد من القضيب. يمكن الحكم على قيمة الضغط من خلال زاوية تطور الخيط. الصعوبات قياس دقيقارتبطت الضغوط الخفيفة بعدم القدرة على ضخ كل الهواء خارج الوعاء (حركة جزيئات الهواء الناتجة عن التسخين غير المتساوي لأجنحة وجدران الوعاء تؤدي إلى عزم دوران إضافي). بالإضافة إلى ذلك، يتأثر التواء الخيط بالتسخين غير المتساوي لجوانب الأجنحة (الجانب المواجه لمصدر الضوء يسخن أكثر من الجانب المعاكس). تنقل الجزيئات المنعكسة من الجانب الأكثر سخونة زخمًا أكبر إلى الجناح مقارنة بالجزيئات المنعكسة من الجانب الأقل سخونة.

تمكن ليبيديف من التغلب على كل هذه الصعوبات رغم ذلك مستوى منخفضكانت التقنية التجريبية في ذلك الوقت عبارة عن سفينة كبيرة جدًا وأجنحة رفيعة جدًا. وفي النهاية تم إثبات وقياس وجود ضغط خفيف على المواد الصلبة. تزامنت القيمة التي تم الحصول عليها مع تلك التي تنبأ بها ماكسويل. بعد ذلك، بعد ثلاث سنوات من العمل، تمكن ليبيديف من إجراء تجربة أكثر دقة: قياس ضغط الضوء على الغازات.

إن ظهور نظرية الكم للضوء جعل من الممكن شرح سبب الضغط الضوئي بشكل أكثر بساطة. الفوتونات، مثل جسيمات المادة التي لها كتلة سكون، لها زخم. عندما يمتصها الجسم، فإنها تنقل نبضها إليه. وفقا لقانون الحفاظ على الزخم، يصبح زخم الجسم يساوي الدافعالفوتونات الممتصة وبالتالي فإن الجسم الساكن يتحرك. التغير في كمية حركة الجسم يعني، حسب قانون نيوتن الثاني، أن هناك قوة تؤثر على الجسم.

يمكن اعتبار تجارب ليبيديف بمثابة دليل تجريبي على أن الفوتونات لها زخم.

على الرغم من أن الضغط الخفيف منخفض جدًا الظروف العاديةومع ذلك، فإن تأثيره قد يكون كبيرًا. داخل النجوم، عند درجات حرارة عدة عشرات الملايين من كلفن، يجب أن يصل ضغط الإشعاع الكهرومغناطيسي إلى قيم هائلة. قوى الضغط الخفيف مع قوى الجاذبيةتلعب دورا هاما في العمليات النجمية.

وفقًا للديناميكا الكهربائية لماكسويل، ينشأ الضغط الخفيف نتيجة لعمل قوة لورنتز على إلكترونات الوسط المتذبذبة تحت تأثير المجال الكهربائي موجه كهرومغناطيسية. ومن وجهة نظر نظرية الكم، يظهر الضغط نتيجة انتقال نبضات الفوتون إلى الجسم عند امتصاصها.

مياكيشيف جي يا، الفيزياء. الصف الحادي عشر: تعليمي. للتعليم العام المؤسسات: الأساسية والملف الشخصي. المستويات / G. Ya Myakishev، B. V. Bukhovtsev، V. M. Charugin؛ حررت بواسطة V. I. نيكولاييفا، N. A. بارفينتييفا. - الطبعة السابعة عشرة، المنقحة. وإضافية - م: التربية، 2008. - 399 ص: مريض.

تحميل الكتب المدرسية لجميع المواد، تطوير خطط الدروس للمعلمين، الفيزياء والفلك للصف الحادي عشر إلكترونيا

محتوى الدرس ملاحظات الدرسدعم إطار عرض الدرس وأساليب تسريع التقنيات التفاعلية يمارس المهام والتمارين ورش عمل الاختبار الذاتي، والدورات التدريبية، والحالات، والمهام الواجبات المنزلية موضوع مثير للجدل أسئلة بلاغيةمن الطلاب الرسوم التوضيحية الصوت ومقاطع الفيديو والوسائط المتعددةصور فوتوغرافية، صور، رسومات، جداول، رسوم بيانية، فكاهة، نوادر، نكت، كاريكاتير، أمثال، أقوال، كلمات متقاطعة، اقتباسات الإضافات الملخصاتالمقالات والحيل لأسرّة الأطفال الفضوليين والكتب المدرسية الأساسية والإضافية للمصطلحات الأخرى تحسين الكتب المدرسية والدروستصحيح الأخطاء في الكتاب المدرسيتحديث جزء من الكتاب المدرسي، وعناصر الابتكار في الدرس، واستبدال المعرفة القديمة بأخرى جديدة فقط للمعلمين دروس مثالية خطة التقويملسنة القواعد الارشاديةبرامج المناقشة دروس متكاملة

48. العناصر البصريات الكمومية. الطاقة والكتلة والزخم للفوتون. اشتقاق صيغة الضغط الخفيف بناءً على الأفكار الكمومية حول طبيعة الضوء.

وبالتالي، لا ينبغي اعتبار انتشار الضوء بمثابة انتشار مستمر للموجة

عملية، ولكن كتيار من الجسيمات المنفصلة المتمركزة في الفضاء، والتي تتحرك بسرعة انتشار الضوء في الفراغ. وفي وقت لاحق (في عام 1926) تم تسمية هذه الجسيمات بالفوتونات. تمتلك الفوتونات جميع خصائص الجسيم (الجسيم).

أدى تطور فرضية بلانك إلى خلق أفكار حول خصائص الكمسفيتا. تسمى الكميات الضوئية الفوتونات. وفقا لقانون تناسب الكتلة والطاقة وفرضية بلانك، يتم تحديد طاقة الفوتون من خلال الصيغ

.

وبمساواة الطرف الأيمن من هذه المعادلات، نحصل على تعبير لكتلة الفوتون

أو مع الأخذ بعين الاعتبار أن

يتم تحديد زخم الفوتون بواسطة الصيغ:

الكتلة الباقية للفوتون تساوي صفرًا. الكم الاشعاع الكهرومغناطيسيولا يوجد إلا عن طريق الانتشار بسرعة الضوء، مع امتلاك قيم محدودة من الطاقة والزخم. في الضوء أحادي اللون بتردد ν، تتمتع جميع الفوتونات بنفس الطاقة والزخم والكتلة.

ضغط خفيف

يمكن للإشعاع الضوئي أن ينقل طاقته إلى الجسم في شكل ضغط ميكانيكي.

لقد أثبت أن الضوء الممتص بالكامل بواسطة صفيحة سوداء يؤثر عليه بقوة. يتجلى الضغط الخفيف في حقيقة أن القوة الموزعة تعمل على السطح المضيء للجسم في اتجاه انتشار الضوء، بما يتناسب مع كثافة الطاقة الضوئية ويعتمد على الخواص البصريةالأسطح.

ونتيجة لتطبيق قوانين الميكانيكا على قياسات ليبيديف البصرية، تم الحصول على علاقة مهمة للغاية، والتي أظهرت أن الطاقة تعادل دائمًا الكتلة. كان أينشتاين أول من أشار إلى أن المعادلة mc 2 = E عالمية ويجب أن تكون صالحة لأي نوع من الطاقة.

يمكن تفسير هذه الظاهرة من وجهة نظر المفاهيم الموجية والجسيمية لطبيعة الضوء. في الحالة الأولى، وهذا هو نتيجة التفاعل التيار الكهربائييحدث في الجسم الحقل الكهربائيموجة ضوئية بمجالها المغناطيسي حسب قانون أمبير. إن المجالات الكهربائية والمغناطيسية للموجة الضوئية، التي تتغير بشكل دوري في المكان والزمان، عند التفاعل مع سطح المادة، تمارس قوة على إلكترونات ذرات المادة. يؤدي المجال الكهربائي للموجة إلى تذبذب الإلكترونات. قوة لورنتز من الجانب حقل مغناطيسييتم توجيه الموجة على طول اتجاه انتشار الموجة وتمثل قوة الضغط الخفيف. تشرح نظرية الكم ضغط الضوء بحقيقة أن الفوتونات لها زخم معين، وعندما تتفاعل مع المادة، فإنها تنقل جزءًا من الزخم إلى جزيئات المادة، وبالتالي تمارس الضغط على سطحها (يمكن إجراء تشبيه مع التأثيرات من الجزيئات الموجودة على جدار الوعاء، حيث يحدد الزخم المنقول إلى الجدار ضغط الغاز في الوعاء).

عند امتصاصها، تنقل الفوتونات زخمها إلى الجسم الذي تتفاعل معه. وهذا هو سبب الضغط الخفيف.

دعونا نحدد ضغط الضوء على السطح باستخدام نظرية الكم للإشعاع.

دع الإشعاع ذو التردد ν يسقط بشكل عمودي على سطح ما (الشكل 5). دع هذا الإشعاع، الذي يتكون من عدد N من الفوتونات، يسقط على سطح مسطح

قطع الغيار ∆ S للوقت ∆ t. يمتص السطح فوتونات N1 وينعكس

شيا ن 2، أي ن = ن 1 + ن 2.

	تابع 48
ينقل كل فوتون ممتص (تأثير غير مرن) الزخم إلى السطح				والجميع من-
فالفوتون المتأثر (التأثير المرن) ينقل الزخم إليه			ثم تنتقل جميع الفوتونات الحادثة
ضربة دفعة تساوي
في هذه الحالة، سوف يعمل الضوء على السطح بقوة
أولئك. ممارسة الضغط

نضرب ونقسم الجانب الأيمن من هذه المساواة على N، نحصل على

أخيراً

أين هي طاقة جميع الفوتونات N الواردة لكل وحدة مساحة لكل وحدة زمنية، الحجم-

ity؛ - معامل الانعكاس.

لسطح أسود ρ = 0 وسيكون الضغط متساويا.

يمثل الكثافة الظاهريةالطاقة، أبعادها .

عندها سيكون تركيز n من الفوتونات في الشعاع الساقط على السطح

.

وبالتعويض بـ (2.2) في معادلة الضغط الخفيف نحصل على ذلك

يمكن حساب الضغط الناتج عن الضوء عند سقوطه على سطح مستو باستخدام الصيغة

حيث E هي شدة إشعاع السطح (أو الإضاءة)، وc هي سرعة انتشار الموجات الكهرومغناطيسية في الفراغ، و α هو جزء الطاقة الساقطة التي يمتصها الجسم (معامل الامتصاص

tion)، ρ هو جزء من الطاقة الساقطة المنعكسة عن الجسم (معامل الانعكاس)، θ هي الزاوية بين اتجاه الإشعاع والعمودي على السطح المشعع. إذا لم يكن الجسم شفافا، فهذا هو كل شيء

ينعكس الإشعاع الساقط ويمتص، ثم α +ρ = 1.

49 عناصر البصريات الكمومية. تأثير كومبتون. ثنائية الموجة الجسيمية للضوء (الإشعاع).

3) ازدواجية الموجة والجسيم للإشعاع الكهرومغناطيسي

لذا، ادرس الإشعاع الحراريالتأثير الكهروضوئي، أظهر تأثير كومبتون أن الإشعاع الكهرومغناطيسي (وخاصة الضوء) له جميع خصائص الجسيم (الجسيم). لكن مجموعة كبيرة الظواهر البصرية- يشير التداخل والحيود والاستقطاب خصائص الموجةالإشعاع الكهرومغناطيسي، وخاصة الضوء.

ما يشكل الضوء هو موجات كهرومغناطيسية مستمرة تنبعث من مصدر أو تيار من الفوتونات المنفصلة، ​​بشكل عشوائي بالنسبة لموجة كهرومغناطيسية، لا تستبعد الخصائص المنفصلة المميزة للفوتونات.

يمتلك الضوء (الإشعاع الكهرومغناطيسي) في نفس الوقت خصائص الموجات الكهرومغناطيسية المستمرة وخصائص الفوتونات المنفصلة. هذه هي ازدواجية الموجة الجسيمية (ازدواجية) الإشعاع الكهرومغناطيسي.

2) تأثير كومبتونيتكون من زيادة الطول الموجي الأشعة السينيةعندما تكون متناثرة بواسطة المادة. تغيير الطول الموجي

ك (1-كوس)=2ك الخطيئة2 (/2)،(9) "

حيث k =h/(mc) هو الطول الموجي لكومبتون، وm هي الكتلة الباقية لل

عرش. ك =2.43*10 -12 م=0.0243 أ(1 أ=10-10 م).

تم شرح جميع ميزات تأثير كومبتون من خلال النظر في التشتت كعملية تصادم مرنفوتونات الأشعة السينية ذات الإلكترونات الحرة، والتي يُراعى فيها قانون حفظ الطاقة وقانون حفظ الزخم.

وبحسب (9) فإن التغير في الطول الموجي يعتمد فقط على زاوية التشتت ولا يعتمد على الطول الموجي للأشعة السينية ولا على نوع المادة.

1) عناصر البصريات الكمومية.الفوتونات والطاقة والكتلة والزخم للفوتون

لشرح توزيع الطاقة في طيف الإشعاع الحراري، افترض بلانك أن الموجات الكهرومغناطيسية تنبعث في أجزاء (كميات). توصل أينشتاين في عام 1905 إلى استنتاج مفاده أن الإشعاع لا ينبعث فحسب، بل ينتشر أيضًا ويتم امتصاصه على شكل كمات. هذا الاستنتاج جعل من الممكن تفسير جميع الحقائق التجريبية (التأثير الكهروضوئي، تأثير كومبتون، وما إلى ذلك) التي لا يمكن تفسيرها بالديناميكا الكهربائية الكلاسيكية، بناءً على المفاهيم الموجية لخصائص الإشعاع. وبالتالي، لا ينبغي اعتبار انتشار الضوء مستمرًا عملية الموجةولكن كتيار من الجسيمات المنفصلة المتمركزة في الفضاء، والتي تتحرك بسرعة انتشار الضوء في الفراغ. وفي وقت لاحق (في عام 1926) تم تسمية هذه الجسيمات بالفوتونات. تمتلك الفوتونات جميع خصائص الجسيم (الجسيم).

1. طاقة الفوتون

لذلك، يُسمى ثابت بلانك أحيانًا بكم الفعل. ويتطابق البعد مثلا مع بعد الزخم الزاوي (L=r mv).

كما يلي من (1)، تزداد طاقة الفوتون مع زيادة التردد (أو مع انخفاض الطول الموجي)،

2. يتم تحديد كتلة الفوتون بناء على قانون العلاقة بين الكتلة والطاقة (E=mc2)

3. دفعة الفوتون. لأي جسيم نسبي، طاقته وبما أن الفوتونات لها m 0 =0، فإن زخم الفوتون

أولئك. الطول الموجي يتناسب عكسيا مع الزخم

50. النموذج النووي للذرة عند رذرفورد. طيف ذرة الهيدروجين. صيغة بالمر المعممة. السلسلة الطيفية لذرة الهيدروجين. مفهوم المصطلح.

1) اقترح رذرفورد النموذج النوويذرة. ووفقا لهذا النموذج، تتكون الذرة من نواة موجبة لها شحنة Ze (Z - رقم سريعنصر في الجدول الدوري، ه - تهمة الابتدائية)، مقاس 10 -5 -10 -4 أ (1 أ = 10 -10 م) والكتلة تقريبا يساوي الكتلةذرة. تتحرك الإلكترونات حول النواة في مدارات مغلقة، وتتشكل قذيفة الإلكترونذرة. نظرًا لأن الذرات محايدة، فيجب أن تدور إلكترونات Z حول النواة، والتي تكون شحنتها الإجمالية Zе. يتم تحديد أبعاد الذرة من خلال أبعاد المدارات الخارجية للإلكترونات وهي على ترتيب وحدات A.

تشكل كتلة الإلكترونات جزءًا صغيرًا جدًا من كتلة النواة (للهيدروجين 0.054%، وللعناصر الأخرى أقل من 0.03%). لا يمكن صياغة مفهوم "حجم الإلكترون" بشكل متسق، على الرغم من أن ro 10-3 A يسمى نصف قطر الإلكترون الكلاسيكي. لذا، فإن نواة الذرة تحتل جزءًا صغيرًا من حجم الذرة وتتركز فيها كامل كتلة الذرة تقريبًا (99.95٪). إذا كانت نوى الذرات موجودة بالقرب من بعضها البعض، إذن أرضسيكون نصف قطرها 200 م وليس 6400 كم (كثافة المادة

النوى الذرية 1.8

2) الطيف الخطي لذرة الهيدروجين

يتكون طيف انبعاث الهيدروجين الذري من خطوط طيفية فردية تقع في بترتيب معين. في عام 1885، اكتشف بالمر أن الأطوال الموجية (أو الترددات) لهذه الخطوط يمكن تمثيلها بالصيغة.

, (9)

حيث R = 1.0974 7 m -1 يُسمى أيضًا بثابت ريدبرج.

في التين. ويبين الشكل 1 رسماً تخطيطياً لمستويات الطاقة لذرة الهيدروجين، محسوبة وفقاً للرقم (6) عند z=1.

عندما ينتقل الإلكترون من مستويات طاقة أعلى إلى مستوى n = 1، يحدث الإشعاع فوق البنفسجي أو إشعاع سلسلة ليمان (SL).

عندما تنتقل الإلكترونات إلى المستوى n = 2، الإشعاع المرئيأو إشعاع سلسلة بالمر (SB).

عندما تتحرك الإلكترونات من أكثر مستويات عاليةلكل مستوى ن =

3 ينشأ الأشعة تحت الحمراءأو إشعاع سلسلة باشن (SP) وما إلى ذلك.

يتم تحديد الترددات أو الأطوال الموجية للإشعاع الناشئ في هذه الحالة بالصيغة (8) أو (9) حيث m = 1 لسلسلة ليمان، وm = 2 لسلسلة بالمر، وm = 3 لسلسلة باشن. يتم تحديد طاقة الفوتونات بالصيغة (7) والتي مع الأخذ في الاعتبار (6) يمكن اختزالها للذرات الشبيهة بالهيدروجين إلى الشكل:

فولت (10)

واصل 50

4) السلسلة الطيفية للهيدروجين- مجموعة من السلاسل الطيفية التي تشكل طيف ذرة الهيدروجين. نظرًا لأن الهيدروجين هو أبسط ذرة، فإن سلسلته الطيفية هي الأكثر دراسة. إنهم يطيعون صيغة ريدبيرج جيدًا:

,

حيث R = 109,677 سم−1 هو ثابت ريدبيرج للهيدروجين، وn′ هو المستوى الرئيسي للسلسلة. الخطوط الطيفية، الناشئة أثناء التحولات إلى الرئيسية مستوى الطاقة,

تسمى الرنانة، وتسمى جميع الآخرين المرؤوسين.

مسلسل ليمان

اكتشفه ت. ليمان عام 1906. جميع الخطوط في السلسلة تقع في نطاق الأشعة فوق البنفسجية. تتوافق السلسلة مع صيغة Rydberg حيث n′ = 1 و n = 2, 3, 4,

سلسلة بالمر

اكتشفه آي بالمر عام 1885. الأسطر الأربعة الأولى من السلسلة موجودة في النطاق المرئي. تتوافق السلسلة مع صيغة Rydberg حيث n′ = 2 و n = 3, 4, 5

5) المصطلح الطيفي أو المصطلح الإلكترونيالذرة أو الجزيء أو الأيون - التكوين

جهاز اتصال لاسلكي (الدولة) النظام الفرعي الإلكترونيالذي يحدد مستوى الطاقة. في بعض الأحيان يُفهم مصطلح الكلمة على أنه الطاقة نفسها. هذا المستوى. تحدد التحولات بين المصطلحات أطياف الانبعاث والامتصاص للإشعاع الكهرومغناطيسي.

عادة ما يتم الإشارة إلى مصطلحات الذرة بالحروف الكبيرة S،P،D،F، وما إلى ذلك، المقابلة لقيمة الرقم الكمي الزخم الزاوي المداريل = 0، 1، 2، 3، الخ. رقم الكميتم إعطاء الزخم الزاوي الإجمالي J بواسطة الحرف الموجود في أسفل اليمين. الرقم الصغير في أعلى اليسار يدل على التعدد ( التعدد) مصطلح. على سبيل المثال، ²P 3/2 هو ثنائي P. في بعض الأحيان (كقاعدة عامة، بالنسبة للذرات والأيونات ذات الإلكترون الواحد) تتم الإشارة إلى رمز المصطلح بـ عدد الكم الرئيسي(على سبيل المثال، 2²S 1/2).

ضغط CBETA، الضغط الذي يمارسه الضوء على الأجسام العاكسة والممتصة، والجسيمات، والجزيئات والذرات الفردية؛ أحد الأفعال الدافعة للضوء المرتبطة بنقل النبضات حقل كهرومغناطيسيمادة. تم طرح فرضية وجود الضغط الخفيف لأول مرة بواسطة I. Kepler في القرن السابع عشر لشرح انحراف ذيول المذنبات عن الشمس. نظرية الضغط الخفيف في الداخل الديناميكا الكهربائية الكلاسيكيةقدمها جي سي ماكسويل في عام 1873. وفيها، يتم تفسير ضغط الضوء من خلال تشتت وامتصاص الموجات الكهرومغناطيسية بواسطة جزيئات المادة. في إطار نظرية الكم، الضغط الخفيف هو نتيجة انتقال الزخم بواسطة الفوتونات إلى الجسم.

في حالة السقوط الطبيعي للضوء على سطح جسم صلب، يتم تحديد ضغط الضوء p بالصيغة:

ص = ق(1 + ص)/س، حيث

S هي كثافة تدفق الطاقة (شدة الضوء)، R هي معامل انعكاس الضوء من السطح، c هي سرعة الضوء. في ظل الظروف العادية، يكون الضغط الخفيف بالكاد ملحوظًا. وحتى في شعاع الليزر القوي (1 وات/سم2)، يكون ضغط الضوء حوالي 10-4 جم/سم2. يمكن تركيز شعاع ليزر ذو مقطع عرضي واسع، ومن ثم يمكن لقوة ضغط الضوء في بؤرة الشعاع أن تمسك جسيم مليجرام معلق.

تمت دراسة ضغط الضوء على المواد الصلبة لأول مرة بشكل تجريبي على يد بي إن ليبيديف في عام 1899. كانت الصعوبات الرئيسية في الكشف التجريبي عن الضغط الخفيف هي عزله على خلفية قوى الإشعاع والحمل الحراري، والتي يعتمد حجمها على ضغط الغاز المحيط بالجسم، وفي حالة عدم وجود فراغ كافٍ، يمكن أن يتجاوز الضغط الخفيف بعدة أوامر من حيث الحجم. في تجارب ليبيديف، في وعاء زجاجي مفرغ (ضغط حوالي 10 -4 مم زئبق)، تم تعليق الأذرع المتأرجحة لميزان الالتواء مع أجنحة قرصية رفيعة متصلة بها على خيط فضي رفيع تم تشعيعه. كانت الأجنحة مصنوعة من معادن مختلفة وميكا ذات أسطح متقابلة متطابقة. من خلال تشعيع الأسطح الأمامية والخلفية للأجنحة ذات السماكات المختلفة بشكل متسلسل، تمكن ليبيديف من تحييد التأثير المتبقي للقوى الإشعاعية والحصول على موافقة مرضية (مع خطأ بنسبة ± 20%) مع نظرية ماكسويل. في 1907-1010 قام ليبيديف بالتحقيق في ضغط الضوء على الغازات.

الضغط الخفيف يلعب دور كبيرفي الفلك و الظواهر الذرية. إن ضغط الضوء في النجوم، إلى جانب ضغط الغاز، يضمن استقرارها، مما يقاوم قوى الجاذبية. يفسر تأثير الضغط الخفيف بعض أشكال ذيول المذنبات. عندما ينبعث الفوتون من الذرات، يحدث ما يسمى الارتداد المضيء، وتستقبل الذرات زخم الفوتون. في المادة المكثفة، يمكن أن يسبب الضغط الخفيف تيارًا من حاملات الشحنة (انظر احتجاز الإلكترونات بواسطة الفوتونات). ضغط اشعاع شمسيإنهم يحاولون استخدامه لإنشاء نوع من أجهزة الدفع الفضائي - ما يسمى بالشراع الشمسي.

يتم الكشف عن السمات المحددة للضغط الخفيف في الأنظمة الذرية المتخلخلة أثناء التشتت الرنيني للضوء الشديد، عندما يكون التردد أشعة الليزريساوي التردد التحول الذري. بعد امتصاص الفوتون، تتلقى الذرة دفعة في اتجاه شعاع الليزر وتنتقل إلى حالة مثارة. علاوة على ذلك، تنبعث الذرة تلقائيًا من الفوتون، وتكتسب الزخم (الناتج المضيء) في اتجاه تعسفي. مع الامتصاص اللاحق والانبعاث التلقائي للفوتونات، تتلقى الذرة باستمرار نبضات موجهة على طول شعاع الضوء، مما يخلق ضغطًا خفيفًا.

يتم تعريف القوة F لضغط الرنين للضوء على الذرة على أنها الزخم المنقول بواسطة تدفق الفوتونات بكثافة N لكل وحدة زمنية: F = Nћkσ، حيث ћk = 2πћ/lect هو زخم فوتون واحد، σ ≈ σ 2 هو المقطع العرضي لامتصاص الفوتون الرنان، π هو طول موجة الضوء، k - رقم الموجة، ћ - ثابت بلانك. عند كثافات إشعاع منخفضة نسبيًا، يتناسب ضغط الرنين للضوء بشكل مباشر مع شدة الضوء. في كثافات عاليةفي تدفق الفوتون N، يتم تشبع الامتصاص وضغط الضوء الرنان (انظر تأثير التشبع). في هذه الحالة، يتم إنشاء الضغط الخفيف بواسطة الفوتونات المنبعثة تلقائيًا من الذرات ذات التردد المتوسط ​​γ (عكس عمر الذرة المثارة) في اتجاه عشوائي. تتوقف قوة الضغط الخفيف عن الاعتماد على الشدة، ولكنها تتحدد بسرعة أحداث الانبعاث التلقائي: F≈ћkγ. ل القيم النمطيةγ ≈ 10 8 s -1 و lect ≈0.6 ميكرومتر قوة الضغط الضوئي F≈5·10 -3 فولت/سم؛ عند التشبع، يمكن لضغط الرنين للضوء أن يخلق تسارعًا للذرات يصل إلى 105 جم (g هو التسارع السقوط الحر). مثل هذه القوى الكبيرة تجعل من الممكن التحكم بشكل انتقائي في الحزم الذرية، وتغيير تردد الضوء والتأثير بشكل مختلف على الذرات بترددات امتصاص رنانة مختلفة قليلاً. على وجه الخصوص، من الممكن ضغط توزيع السرعة ماكسويل عن طريق إزالة الذرات عالية السرعة من الشعاع. يتم توجيه ضوء الليزر نحو الشعاع الذري مع اختيار تردد وشكل الطيف الإشعاعي بحيث يؤدي ضغط الضوء إلى إبطاء الذرات السريعة ذات الإزاحة الكبيرة تردد الرنين(انظر تأثير دوبلر). يمكن استخدام ضغط الضوء الرنيني لفصل الغازات: عندما يتم تشعيع وعاء مكون من غرفتين مملوء بخليط من غازين، ذرات أحدهما في رنين مع الإشعاع، فإن الذرات الرنانة، تحت تأثير الضغط الخفيف، سوف ينتقل إلى الغرفة البعيدة.

إن الضغط الرنان للضوء على الذرات الموضوعة في مجال مكثف له بعض الميزات. موجة واقفة. مع النقطة الكموميةومن وجهة النظر، فإن الموجة المستقرة التي تتكون من التدفقات المعاكسة للفوتونات تسبب صدمات للذرة بسبب امتصاص الفوتونات وانبعاثها المحفز. متوسط ​​القوة، التي تؤثر على الذرة، لا تساوي الصفر بسبب عدم تجانس المجال عند الطول الموجي. من وجهة النظر الكلاسيكية، فإن قوة الضغط الخفيف ترجع إلى عمل مجال غير متجانس مكانيًا على ثنائي القطب الذري المستحث به. تكون هذه القوة في حدها الأدنى عند العقد التي لا يُستحث فيها عزم ثنائي القطب، وعند العقد العكسية حيث يختفي تدرج المجال. الحد الأقصى لقوة ضغط الضوء يساوي من حيث الحجم F ≈ ± Ekd (تشير العلامات إلى حركة الطور والحركة المضادة للطور لثنائيات القطب مع اللحظة d بالنسبة إلى المجال ذو القوة E). يمكن أن تصل هذه القوة إلى قيم هائلة: d≈ 1 debye، lect≈0.6 μm وE≈ 10 6 فولت/سم القوة F≈5∙10 2 فولت/سم. يقوم مجال الموجة الدائمة بتقسيم شعاع من الذرات التي تمر عبر شعاع الضوء، حيث أن ثنائيات القطب، التي تتأرجح في الطور المضاد، تتحرك على طول مسارات مختلفة، مثل الذرات في تجربة ستيرن-جيرلاخ. تتأثر الذرات التي تتحرك على طول شعاع الليزر بقوة ضغط الضوء الشعاعي الناتج عن عدم تجانس الكثافة الشعاعية مجال الضوء. في كل من الموجة الدائمة والمتنقلة، لا تحدث الحركة الحتمية للذرات فحسب، بل يحدث أيضًا انتشارها في فضاء الطور، نظرًا لأن امتصاص وانبعاث الفوتونات كمومي العمليات العشوائية. أشباه الجسيمات في المواد الصلبة: الإلكترونات، الإكسيتونات، الخ.

مضاءة: مجموعة ليبيديف بي إن. مرجع سابق. م، 1963؛ أشكين أ. ضغط إشعاع الليزر // التقدم العلوم الفيزيائية. 1973. ت 110. العدد. 1؛ Kazantsev A. P. الضغط الخفيف الرنان // المرجع نفسه. 1978. ت 124. العدد. 1؛ Letokhov V. S.، Minogin V. G. ضغط إشعاع الليزر على الذرات. م، 1986.

S. G. Przhibelsky.

تشرح نظرية الكم للضوء الضغط الخفيف نتيجة لنقل الفوتونات زخمها إلى الذرات أو جزيئات المادة.

دع على سطح المنطقة س عادة يقع لها كل ثانية

ن تردد الفوتونات الخامس . كل فوتون له زخم الجهد العالي / ج . لو

ر هو انعكاس السطح، إذن pN سوف تنعكس الفوتونات من السطح، ( 1-ع) ن سيتم امتصاص الفوتونات.

كل كمية ممتصة من الضوء ستنقل نبضة إلى السطح الجهد العالي / ج ، وكل يعكس الدافع [(hv/c) - (-hv/c)] = 2hv/c لأنه عند الانعكاس يتغير اتجاه زخم الفوتون إلى العكس ويكون الزخم الذي ينقله إلى جزيئات المادة 2hv / ج . ممتلىء سيكون الدافع الذي يتلقاه سطح الجسم

دعونا نحسب الضغط الخفيف. وللقيام بذلك نقسم (20.18) على المساحة S من “الجناح”: (20.19)

إذا أخذنا في الاعتبار أن hvN/S = Ee، فستأخذ الصيغة (20.19) الشكل

(20.20)

التعبيرات (20.17) و (20.20) المشتقة في إطار الكهرومغناطيسية و نظريات الكم، تطابق.

تم إثبات صحة هذه النتائج تجريبياً من خلال تجارب P.N. ليبيديفا.

ضغط ضوء طبيعيقليل جدا. إذا كان معامل الامتصاص السطحي قريبًا من الوحدة، فإن الضغط الممارس أشعة الشمسلمثل هذه الأسطح الموجودة على الأرض تقريبًا

5 10 باسكال (أي 3.7 10 مم زئبق) . وهذا الضغط أقل بعشر مرات الضغط الجويعلى سطح الأرض.

لم يتمكن بي إن ليبيديف من قياس هذا الضغط المنخفض إلا من خلال إظهار براعة ومهارة استثنائية في إعداد التجربة وإجرائها.

لا يلعب الضغط الخفيف أي دور في الظواهر التي نواجهها في الحياة. لكن دورها مهم في الأنظمة الكونية والمجهرية.

في العالم المصغر، يتجلى ضغط الضوء في الخرج المضيء الذي تتعرض له الذرة المثارة عندما تبعث الضوء. الجاذبيةتتم موازنة الطبقات الخارجية للمادة النجمية باتجاه مركزها بقوة، والتي يساهم فيها ضغط الضوء القادم من أعماق النجم نحو الخارج.

العمل الكيميائيسفيتا

نتيجة لفعل الضوء تحدث تحولات كيميائية في بعض المواد - التفاعلات الكيميائية الضوئية . التحولات الكيميائية الضوئية متنوعة للغاية. تحت تأثير الضوء جزيئات معقدةيمكن أن تتحلل إلى أجزاء مكونة (على سبيل المثال، بروميد الفضة إلى الفضة والبروم) أو. على العكس من ذلك، يتم تشكيل جزيئات معقدة (على سبيل المثال، إذا قمت بإضاءة خليط من الكلور والهيدروجين، فإن تفاعل التكوين كلوريد الهيدروجينيتقدم بعنف لدرجة أنه يصاحبه انفجار).

تلعب العديد من التفاعلات الكيميائية الضوئية دورًا كبيرًا في الطبيعة والتكنولوجيا. الشيء الرئيسي هو التحلل الكيميائي الضوئي لثاني أكسيد الكربون ، ويحدث تحت تأثير الضوء في الأجزاء الخضراء من النباتات. رد الفعل هذا لديه قيمة عظيمةلأنه يضمن دورة الكربون التي بدونها يستحيل الوجود على المدى الطويل الحياة العضويةعلى الأرض. نتيجة للنشاط الحيوي الذي تقوم به الحيوانات والنباتات (التنفس)، عملية مستمرةأكسدة الكربون (التكوين ثاني أكسيد الكربون ). عملية عكسيةيحدث اختزال الكربون تحت تأثير الضوء الموجود في الأجزاء الخضراء من النباتات. يستمر رد الفعل هذا وفقًا للمخطط 2СО2 2СО + О2

إن التفاعل الكيميائي الضوئي لتحلل بروميد الفضة هو أساس التصوير الفوتوغرافي وكل جوانبه العلمية التطبيقات التقنيةإن ظاهرة بهتان الطلاء، والتي تعود بشكل أساسي إلى الأكسدة الضوئية الكيميائية لهذه الدهانات، لها تأثير كبير جدًا أهمية عظيمةلفهم العمليات التي تحدث في عين الإنسان والحيوان وما يقوم عليها الإدراك البصري. يتم الآن استخدام العديد من التفاعلات الكيميائية الضوئية الإنتاج الكيميائيوبالتالي تكتسب أهمية صناعية مباشرة.

لا يتم امتصاص الضوء وانعكاسه بواسطة المادة فحسب، بل يخلق أيضًا ضغطًا على سطح الجسم. في عام 1604، شرح عالم الفلك الألماني ج. كيبلر شكل ذيل المذنب بفعل الضغط الخفيف (الشكل 1). فيزيائي إنجليزيوبعد 250 عامًا، قام ماكسويل بحساب الضغط الخفيف على الأجسام، باستخدام نظرية المجال الكهرومغناطيسي التي طورها. وفقًا لحسابات ماكسويل، اتضح أنه إذا سقطت الطاقة الضوئية E بشكل عمودي على وحدة المساحة بمعامل انعكاس R خلال 1 ثانية، فإن الضوء يمارس ضغطًا، معبرًا عنه بالاعتماد: حيث c هي سرعة الضوء.

ويمكن أيضًا الحصول على هذه الصيغة من خلال اعتبار الضوء بمثابة تيار من الفوتونات المتفاعلة مع السطح (الشكل 2). شكك بعض العلماء في حسابات ماكسويل النظرية، لكنهم تحققوا من نتائجه تجريبيًا لفترة طويلةلم ينجح الأمر. في خطوط العرض الوسطى عند الظهيرة الشمسية على سطح عاكس بالكامل اشعة الضوءوهو ضغط يساوي فقط . لأول مرة، تم قياس الضغط الخفيف في عام 1899 من قبل الفيزيائي الروسي P. N. Lebedev. علق زوجين من الأجنحة على خيط رفيع: كان سطح أحدهما أسود اللون والآخر معكوسًا (الشكل 3). لقد انعكس الضوء بالكامل تقريبًا سطح المرآةوكان ضغطه على الجناح المعكوس ضعف الضغط على الجناح الأسود. تم إنشاء لحظة من القوة أدت إلى تدوير الجهاز. ومن خلال زاوية الدوران، يمكن الحكم على القوة المؤثرة على الأجنحة، وبالتالي قياس الضغط الخفيف.

وتتعقد التجربة بسبب قوى خارجية تنشأ عند إضاءة الجهاز، وهي أكبر بآلاف المرات من ضغط الضوء ما لم يتم اتخاذ احتياطات خاصة. وترتبط إحدى هذه القوى بالتأثير الإشعاعي. يحدث هذا التأثير بسبب اختلاف درجة الحرارة بين الجوانب المضيئة والمظلمة للجناح. يعكس الجانب المسخن بالضوء جزيئات الغاز المتبقية بمعدل أسرع من الجانب الأكثر برودة وغير المضاء. ولذلك فإن جزيئات الغاز تنقل دفعة أكبر إلى الجانب المضيء وتميل الأجنحة إلى الدوران في نفس الاتجاه كما هو الحال تحت تأثير الضغط الخفيف - ويحدث تأثير خاطئ. قام P. N. Lebedev بتقليل التأثير الإشعاعي إلى الحد الأدنى عن طريق صنع أجنحة من رقائق رقيقة موصلة للحرارة جيدًا ووضعها في الفراغ. ونتيجة لذلك، فإن كلا من الاختلاف في النبضات التي تنتقل عن طريق الجزيئات الفردية ذات الأسطح السوداء واللامعة (بسبب الاختلاف الأصغر في درجة الحرارة بينهما) و الرقم الإجماليتساقط الجزيئات على السطح (بسبب انخفاض ضغط الغاز).

دعمت الدراسات التجريبية التي أجراها ليبيديف افتراضات كيبلر حول طبيعة ذيول المذنبات. عندما يتناقص نصف قطر الجسيم، تتناقص جاذبيته للشمس بما يتناسب مع المكعب، ويتناقص الضغط الخفيف بما يتناسب مع مربع نصف القطر. سوف تتعرض الجزيئات الصغيرة للتنافر من الشمس بغض النظر عن المسافة بينها وبين الشمس، حيث أن كثافة الإشعاع وقوى الجاذبية تتناقصان وفقًا لنفس القانون. يحد الضغط الخفيف من الحجم الأقصى للنجوم الموجودة في الكون. مع زيادة كتلة النجم، تزداد جاذبية طبقاته نحو المركز. ولذلك تنضغط الطبقات الداخلية للنجوم بشكل كبير، وترتفع درجة حرارتها إلى ملايين الدرجات. وبطبيعة الحال، يؤدي هذا إلى زيادة كبيرة في ضغط الضوء الخارجي للطبقات الداخلية. ش النجوم العاديةينشأ التوازن بين قوى الجاذبية التي تعمل على تثبيت النجم وقوى الضغط الخفيف التي تميل إلى تدميره. جدا للنجوم كتلة كبيرةلا يحدث مثل هذا التوازن، فهي غير مستقرة، ولا ينبغي أن تكون موجودة في الكون. الملاحظات الفلكيةمؤكدة: النجوم "الأثقل" تتمتع بالضبط بالكتلة القصوى التي لا تزال تسمح بها النظرية، والتي تأخذ في الاعتبار توازن الجاذبية والضغط الخفيف داخل النجوم.