>> Let tryk

§ 91 LETTRYK

Maxwell baseret elektromagnetisk teori lys forudsagde, at lys skulle udøve pres på forhindringer.

Under påvirkning af det elektriske felt af en bølge, der falder ind på overfladen af ​​et legeme, for eksempel et metal, bevæger en fri elektron sig i retningen modsat vektoren(Fig. 11.7). En elektron i bevægelse påvirkes af en Lorentz-kraft rettet i retning af bølgeudbredelse. Total kraft, der virker på elektronerne på metaloverfladen, og bestemmer kraften af ​​lystryk.

For at bevise gyldigheden af ​​Maxwells teori var det vigtigt at måle lystrykket. Mange forskere har forsøgt at gøre dette, men uden held, da lystrykket er meget lavt. På en klar solskinsdag virker en kraft svarende til kun 4 10 -6 N på en overflade med et areal på 1 m 2. Lystrykket blev først målt af den russiske fysiker Pyotr Nikolaevich Lebedev i 1900.

Lebedev Petr Nikolaevich (1866-1912)- Russisk fysiker, som var den første til at måle lysets tryk på faste stoffer og gasser. Disse værker bekræftede kvantitativt Maxwells teori. I et forsøg på at finde nye eksperimentelle beviser for den elektromagnetiske teori om lys, opnåede han elektromagnetiske bølger med millimeter bølgelængde og studerede alle deres egenskaber. Skabt den første i Rusland fysisk skole. Mange fremragende sovjetiske videnskabsmænd var hans elever. Lebedevs navn er fysisk institut USSR Academy of Sciences (FIAN).

Lebedevs apparat bestod af en meget let stang på en tynd glastråd, men hvis kanter var limet på lette vinger (fig. 11.8). Hele apparatet blev anbragt i en beholder, hvorfra luften blev pumpet ud. Lyset faldt på vingerne placeret på den ene side af stangen. Trykværdien kunne bedømmes ud fra gevindets snoningsvinkel. Vanskeligheder præcis måling lette tryk var forbundet med manglende evne til at pumpe al luft ud af karret (bevægelsen af ​​luftmolekyler forårsaget af ulige opvarmning af karrets vinger og vægge fører til yderligere drejningsmomenter). Desuden påvirkes trådens snoning af ulige opvarmning af siderne af vingerne (den side, der vender mod lyskilden opvarmes mere end modsatte side). Molekyler reflekteret fra den varmere side overfører mere momentum til winglet end molekyler reflekteret fra den mindre opvarmede side.

Lebedev formåede at overvinde alle disse vanskeligheder, på trods af lavt niveau datidens eksperimentelle teknik, der tog et meget stort kar og meget tynde vinger. Til sidst blev eksistensen af ​​let tryk på faste stoffer bevist og målt. Den opnåede værdi faldt sammen med den forudsagte af Maxwell. Efterfølgende, efter tre års arbejde, lykkedes det Lebedev at udføre et endnu mere subtilt eksperiment: at måle lysets tryk på gasser.

Fremkomsten af ​​lyskvanteteorien gjorde det muligt mere enkelt at forklare årsagen til lystrykket. Fotoner, ligesom partikler af stof, der har en hvilemasse, har momentum. Når de absorberes af kroppen, overfører de deres impuls til den. Ifølge loven om bevarelse af momentum bliver kroppens momentum lig med impuls absorberede fotoner. Derfor kommer en krop i hvile i bevægelse. En ændring i et legemes momentum betyder ifølge Newtons anden lov, at en kraft virker på kroppen.

Lebedevs eksperimenter kan betragtes som eksperimentelt bevis på, at fotoner har momentum.

Selvom det lette tryk er meget lavt normale forhold, kan dens virkning ikke desto mindre være betydelig. Inde i stjerner, ved temperaturer på flere titusinder af Kelvin, skulle trykket fra elektromagnetisk stråling nå enorme værdier. Lette trykkræfter sammen med gravitationskræfter spiller en væsentlig rolle i stjernernes processer.

Ifølge Maxwells elektrodynamik opstår lystryk på grund af Lorentz-kraftens virkning på elektroner i mediet, der oscillerer under påvirkning af et elektrisk felt elektromagnetisk bølge. Fra kvanteteoriens synspunkt opstår tryk som et resultat af overførslen af ​​fotonimpulser til kroppen, når de absorberes.

Myakishev G. Ya., Fysik. 11. klasse: pædagogisk. til almen uddannelse institutioner: basis og profil. niveauer / G. Ya. Myakishev, B. V. Bukhovtsev, V. M. Charugin; redigeret af V. I. Nikolaeva, N. A. Parfentieva. - 17. udg., revideret. og yderligere - M.: Uddannelse, 2008. - 399 s.: ill.

Lærebøger til alle fag download, udvikling af lektionsplaner for lærere, fysik og astronomi for klasse 11 online

Lektionens indhold lektionsnoter understøttende frame lektion præsentation acceleration metoder interaktive teknologier Øve sig opgaver og øvelser selvtest workshops, træninger, cases, quests hjemmeopgaver kontroversielle spørgsmål retoriske spørgsmål fra studerende Illustrationer lyd, videoklip og multimedier fotografier, billeder, grafik, tabeller, diagrammer, humor, anekdoter, vittigheder, tegneserier, lignelser, ordsprog, krydsord, citater Tilføjelser abstracts artikler tricks for de nysgerrige krybber lærebøger grundlæggende og supplerende ordbog over begreber andet Forbedring af lærebøger og lektionerrette fejl i lærebogen opdatering af et fragment i en lærebog, elementer af innovation i lektionen, udskiftning af forældet viden med ny Kun for lærere perfekte lektioner kalenderplan for et år retningslinier diskussionsprogrammer Integrerede lektioner

48. Elementer kvanteoptik. Energi, masse og momentum af en foton. Udledning af formlen for lystryk baseret på kvanteideer om lysets natur.

Udbredelsen af ​​lys bør således ikke betragtes som en kontinuerlig bølgeudbredelse

proces, men som en strøm af diskrete partikler lokaliseret i rummet, der bevæger sig med lysets hastighed i et vakuum. Efterfølgende (i 1926) blev disse partikler kaldt fotoner. Fotoner har alle egenskaberne for en partikel (korpuskel).

Udviklingen af ​​Plancks hypotese førte til skabelsen af ​​ideer om kvanteegenskaber Sveta. Lyskvanter kaldes fotoner. Ifølge loven om proportionalitet af masse og energi og Plancks hypotese bestemmes fotonenergien af ​​formlerne

.

Ved at sidestille højre side af disse ligninger får vi et udtryk for fotonmassen

eller under hensyntagen til, at

Fotonmomentet bestemmes af formlerne:

Fotonens hvilemasse er nul. Kvante elektromagnetisk stråling eksisterer kun ved at udbrede sig med lysets hastighed, mens den besidder endelige værdier af energi og momentum. I monokromatisk lys med frekvensen ν har alle fotoner samme energi, momentum og masse.

Let tryk

Lysstråling kan overføre sin energi til kroppen i form af mekanisk tryk.

Han beviste, at lys, der fuldstændigt absorberes af en sort plade, udøver en kraft på den. Lystryk viser sig ved, at en fordelt kraft virker på kroppens belyste overflade i lysets udbredelsesretning, proportionalt med tætheden af ​​lysenergi og afhængigt af optiske egenskaber overflader.

Som et resultat af at anvende mekanikkens love på Lebedevs optiske målinger, blev der opnået et ekstremt vigtigt forhold, som viste, at energi altid svarer til masse. Einstein var den første til at påpege, at ligningen mc 2 =E er universel og burde være gyldig for enhver type energi.

Dette fænomen kan forklares ud fra både bølge- og korpuskulære begreber om lysets natur. I det første tilfælde er dette resultatet af interaktion elektrisk strøm induceret i kroppen elektrisk felt lysbølge, med sit magnetfelt i henhold til Amperes lov. De elektriske og magnetiske felter af en lysbølge, der periodisk ændrer sig i rum og tid, når de interagerer med overfladen af ​​et stof, udøver en kraft på elektronerne i stoffets atomer. Bølgens elektriske felt får elektronerne til at svinge. Lorentz kraft fra siden magnetfelt bølge er rettet langs retningen af ​​bølgeudbredelse og repræsenterer let trykkraft. Kvanteteori forklarer lysets tryk ved, at fotoner har et vist momentum, og når de interagerer med stoffet, overfører de en del af impulsen til partikler af stoffet, hvorved de udøver tryk på dets overflade (en analogi kan drages med påvirkningerne af molekyler på væggen af ​​et kar, hvor det momentum, der overføres til væggen, bestemmer gastrykket i karret).

Når de absorberes, overfører fotoner deres momentum til den krop, som de interagerer med. Dette er årsagen til let tryk.

Lad os bestemme trykket af lys på en overflade ved hjælp af kvanteteorien om stråling.

Lad stråling med frekvensen ν falde vinkelret på en overflade (fig. 5). Lad denne stråling, der består af N fotoner, falde på overfladen af ​​en flad

reserve ∆ S for tid ∆ t. Overfladen absorberer N 1 fotoner og reflekterer

Xia N 2, dvs. N = N 1 + N 2.

	Fortsættes 48
Hver absorberet foton (uelastisk stød) overfører momentum til overfladen				Og alle fra-
den berørte foton (elastiske stød) overfører momentum til den			Derefter transmitteres alle indfaldende fotoner
blæse en impuls lig med
I dette tilfælde vil lyset virke på overfladen med kraft
de der. udøve pres

Gang og divider højre side af denne lighed med N, får vi

Endelig

hvor er energien af ​​alle N indfaldende fotoner pr. arealenhed pr. tidsenhed, størrelse-

- reflektionskoefficient.

For en sort overflade ρ = 0 og trykket vil være ens.

repræsenterer bulkdensitet energi, dens dimension .

Så vil koncentrationen af ​​n fotoner i en stråle indfaldende på overfladen være

.

Substituerer vi (2.2) i ligningen for let tryk, får vi

Trykket produceret af lys, når det falder på en flad overflade, kan beregnes ved hjælp af formlen

hvor E er intensiteten af ​​overfladebestråling (eller belysning), c er udbredelseshastigheden af ​​elektromagnetiske bølger i vakuum, α er brøkdelen af ​​indfaldende energi absorberet af kroppen (absorptionskoefficient

tion), ρ er brøkdelen af ​​den indfaldende energi, der reflekteres af kroppen (refleksionskoefficient), θ er vinklen mellem strålingsretningen og normalen til den bestrålede overflade. Hvis kroppen ikke er gennemsigtig, det vil sige alt

indfaldende stråling reflekteres og absorberes, så α +ρ =1.

49 Elementer af kvanteoptik. Compton effekt. Partikel-bølge dualisme af lys (stråling).

3) Bølge-korpuskel dualisme af elektromagnetisk stråling

Så studere termisk stråling, fotoelektrisk effekt, Compton-effekt viste, at elektromagnetisk stråling (især lys) har alle egenskaberne for en partikel (korpuskel). Imidlertid stor gruppe optiske fænomener- interferens, diffraktion, polarisering indikerer bølgeegenskaber elektromagnetisk stråling, især lys.

Hvad der udgør lys - kontinuerlige elektromagnetiske bølger udsendt af en kilde eller en strøm af diskrete fotoner, tilfældigt for en elektromagnetisk bølge, udelukker ikke de diskrete egenskaber, der er karakteristiske for fotoner.

Lys (elektromagnetisk stråling) har samtidigt egenskaberne af kontinuerlige elektromagnetiske bølger og egenskaberne af diskrete fotoner. Dette er partikel-bølge dualisme (dualitet) af elektromagnetisk stråling.

2) Compton effekt Består i at øge bølgelængden røntgenstråling når det er spredt af stof. Bølgelængdeændring

K (1-cos)=2k sin2 (/2),(9) "

hvor k =h/(mc) er Compton-bølgelængden, m er hvilemassen af

trone. k =2,43*10-12 m=0,0243 A(1 A=10-10 m).

Alle funktioner i Compton-effekten blev forklaret ved at betragte spredning som en proces elastisk kollision Røntgenfotoner med frie elektroner, hvor loven om bevarelse af energi og loven om bevarelse af momentum overholdes.

Ændringen i bølgelængde afhænger ifølge (9) kun af spredningsvinklen og afhænger ikke af hverken røntgenbølgelængden eller stoftypen.

1) Elementer af kvanteoptik. Fotoner, energi, masse og momentum af en foton

For at forklare fordelingen af ​​energi i spektret af termisk stråling antog Planck, at elektromagnetiske bølger udsendes i portioner (kvanter). Einstein kom i 1905 til den konklusion, at stråling ikke kun udsendes, men også forplanter sig og absorberes i form af kvanter. Denne konklusion gjorde det muligt at forklare alle de eksperimentelle fakta (fotoelektrisk effekt, Compton-effekt osv.), som ikke kunne forklares med klassisk elektrodynamik, baseret på bølgekoncepter for strålings egenskaber. Udbredelsen af ​​lys bør således ikke betragtes som kontinuerlig bølgeproces, men som en strøm af diskrete partikler lokaliseret i rummet, der bevæger sig med lysets hastighed i et vakuum. Efterfølgende (i 1926) blev disse partikler kaldt fotoner. Fotoner har alle egenskaberne for en partikel (korpuskel).

1. Fotonenergi

Derfor kaldes Plancks konstant undertiden handlingskvantet. Dimensionen falder f.eks. sammen med dimensionen af ​​vinkelmoment (L=r mv).

Som det følger af (1), stiger fotonenergien med stigende frekvens (eller faldende bølgelængde),

2. Fotonmassen bestemmes ud fra loven om forholdet mellem masse og energi (E=mc 2)

3. Fotoimpuls. For enhver relativistisk partikel dens energi Da fotoner har m 0 =0, så er fotonmomentet

de der. bølgelængden er omvendt proportional med momentum

50. Nuklear model af atomet ifølge Rutherford. Spektrum af et brintatom. Generaliseret Balmer formel. Spektral række af brintatomet. Begrebet terma.

1) Rutherford foreslog nuklear model atom. Ifølge denne model består et atom af en positiv kerne med en ladning Ze (Z - serienummer element i det periodiske system, e - elementær ladning), størrelse 10-5-10-4 A (1A = 10-10 m) og massen er næsten lig med masse atom. Elektroner bevæger sig rundt om kernen i lukkede baner og dannes elektronskal atom. Da atomer er neutrale, bør Z-elektroner rotere rundt om kernen, hvis samlede ladning er Zе. Dimensionerne af et atom bestemmes af dimensionerne af elektronernes ydre baner og er i størrelsesordenen A.

Massen af ​​elektroner udgør en meget lille brøkdel af kernens masse (0,054% for brint, mindre end 0,03% for andre grundstoffer). Begrebet "elektronstørrelse" kan ikke formuleres konsekvent, selvom ro 10-3 A kaldes den klassiske elektronradius. Så kernen af ​​et atom optager en ubetydelig del af atomets volumen, og næsten hele (99,95%) masse af atomet er koncentreret i det. Hvis kernerne af atomer var placeret tæt på hinanden, så jorden ville have en radius på 200 m og ikke 6400 km (stoftæthed

atomkerner 1.8

2) Linjespektrum for et brintatom

Emissionsspektret for atomart brint består af individuelle spektrallinjer, som er placeret i i en bestemt rækkefølge. I 1885 opdagede Balmer, at bølgelængderne (eller frekvenserne) af disse linjer kan repræsenteres af formlen.

, (9)

hvor R =1,0974 7 m -1 kaldes også Rydberg-konstanten.

I fig. Figur 1 viser et diagram over brintatomets energiniveauer, beregnet ifølge (6) ved z=1.

Når en elektron bevæger sig fra højere energiniveauer til n = 1 niveauet, opstår ultraviolet stråling eller Lyman-serien (SL) stråling.

Når elektroner bevæger sig til niveauet n = 2, synlig stråling eller Balmer-seriens stråling (SB).

Når elektroner bevæger sig fra mere høje niveauer pr niveau n =

3 opstår infrarød stråling, eller Paschen serie stråling (SP) osv.

Frekvenserne eller bølgelængderne af den stråling, der opstår i dette tilfælde, bestemmes af formlerne (8) eller (9) med m = 1 for Lyman-serien, m = 2 for Balmer-serien og m = 3 for Paschen-serien. Fotonernes energi bestemmes af formel (7), som under hensyntagen til (6) kan reduceres for brintlignende atomer til formen:

eV (10)

50 fortsatte

4) Spektral serie af brint- et sæt spektralrækker, der udgør spektret af et brintatom. Da brint er det enkleste atom, er dets spektralrække de mest undersøgte. De adlyder Rydberg-formlen godt:

,

hvor R = 109.677 cm−1 er Rydberg-konstanten for brint, n′ er seriens hovedniveau. Spektral linjer, der opstår under overgange til hoved energiniveau,

kaldes resonant, alle andre kaldes underordnede.

Lyman-serien

Opdaget af T. Lyman i 1906. Alle linjer i serien er i det ultraviolette område. Serien svarer til Rydberg-formlen med n′ = 1 og n = 2, 3, 4,

Balmer serien

Opdaget af I. Ya. Balmer i 1885. De første fire linjer i serien er i det synlige område. Serien svarer til Rydberg-formlen med n′ = 2 og n = 3, 4, 5

5) Spektral term eller elektronisk termatom, molekyle eller ion - konfiguration

walkie-talkie (stat) elektronisk delsystem, som bestemmer energiniveauet. Nogle gange forstås ordet term som selve energien. dette niveau. Overgange mellem termer bestemmer emissions- og absorptionsspektrene for elektromagnetisk stråling.

Betingelserne for et atom er normalt betegnet med store bogstaver S,P,D,F osv., svarende til værdien af ​​kvantetallet orbital vinkelmoment L = 0, 1, 2, 3 osv. Kvantetal Den samlede vinkelmomentum J er givet af underskriften nederst til højre. Det lille tal øverst til venstre angiver multipliciteten ( mangfoldighed) terma. For eksempel er ²P 3/2 en dublet P. Nogle gange (som regel for en-elektron atomer og ioner) er udtrykket symbol angivet med hovedkvantetal(f.eks. 2²S 1/2).

CBETA PRESSURE, det tryk, som lys udøver på reflekterende og absorberende legemer, partikler og individuelle molekyler og atomer; en af ​​lysets overvejende handlinger forbundet med overførsel af impuls elektromagnetisk felt stof. Hypotesen om eksistensen af ​​lystryk blev først fremsat af I. Kepler i det 17. århundrede for at forklare komethalernes afvigelse fra Solen. Let trykteori indeni klassisk elektrodynamik givet af J.C.Maxwell i 1873. Heri forklares lysets tryk ved spredning og absorption af elektromagnetiske bølger af stofpartikler. Inden for kvanteteoriens rammer er lystryk resultatet af fotonernes overførsel af momentum til kroppen.

Ved normal indfald af lys på overfladen af ​​et fast legeme bestemmes lystrykket p af formlen:

р = S(1 + R)/с, hvor

S er energifluxtætheden (lysintensitet), R er koefficienten for lysreflektion fra overfladen, c er lysets hastighed. Under normale forhold er let tryk knap mærkbart. Selv i en kraftig laserstråle (1 W/cm 2 ) er lystrykket omkring 10 -4 g/cm 2 . En laserstråle med et bredt tværsnit kan fokuseres, og så kan lystrykkets kraft i strålens fokus holde en milligram partikel suspenderet.

Lystrykket på faste stoffer blev først undersøgt eksperimentelt af P. N. Lebedev i 1899. De største vanskeligheder ved den eksperimentelle detektering af let tryk var at isolere det mod baggrunden af ​​radiometriske og konvektive kræfter, hvis størrelse afhænger af trykket af gassen, der omgiver kroppen og, i tilfælde af utilstrækkeligt vakuum, kan overstige lystrykket i flere størrelsesordener. I Lebedevs eksperimenter, i et evakueret (tryk af størrelsesordenen 10-4 mm Hg) glasbeholder, blev vippearmene på en torsionsvægt med tynde skivevinger fastgjort til dem suspenderet på en tynd sølvtråd, som blev bestrålet. Vingerne var lavet af forskellige metaller og glimmer med identiske modstående overflader. Ved sekventielt at bestråle de forreste og bageste overflader af vinger af forskellige tykkelser, var Lebedev i stand til at neutralisere den resterende effekt af radiometriske kræfter og opnå tilfredsstillende (med en fejl på ± 20%) overensstemmelse med Maxwells teori. I 1907-10 undersøgte Lebedev lysets tryk på gasser.

Det lette tryk spiller stor rolle i astronomiske og atomare fænomener. Lystrykket i stjerner sikrer sammen med gastrykket deres stabilitet og modvirker tyngdekraften. Virkningen af ​​let tryk forklarer nogle af formerne på komethaler. Når en foton udsendes af atomer, opstår der såkaldt lysrekyl, og atomerne modtager fotonens momentum. I kondenseret stof kan let tryk forårsage en strøm af ladningsbærere (se Medbringelse af elektroner af fotoner). Tryk solstråling De forsøger at bruge den til at skabe en type rumfremdrivningsanordning - det såkaldte solsejl.

Specifikke træk ved lystryk detekteres i sjældne atomsystemer under resonansspredning af intenst lys, når frekvensen laserstråling lig med frekvens atomar overgang. Efter at have absorberet en foton modtager atomet en impuls i retning af laserstrålen og går i en exciteret tilstand. Yderligere, spontant udsender en foton, erhverver atomet momentum (lysende output) i en vilkårlig retning. Med efterfølgende absorption og spontan emission af fotoner modtager atomet konstant impulser rettet langs lysstrålen, hvilket skaber lystryk.

Kraften F af lysets resonanstryk på et atom er defineret som den bevægelsesmængde, der overføres af en flux af fotoner med tæthed N pr. tidsenhed: F = Nћkσ, hvor ћk = 2πћ/λ er bevægelsesmængden af ​​en foton, σ ≈ λ 2 er absorptionstværsnittet af resonansfotonen, λ er bølgelængdelyset, k - bølgetal, ћ - Plancks konstant. Ved relativt lave strålingstætheder er lysets resonanstryk direkte proportional med lysintensiteten. På høje tætheder I fotonfluxen N mættes absorptionsmætning og resonanslystryk (se Mætningseffekt). I dette tilfælde skabes lystryk af fotoner, der spontant udsendes af atomer med en gennemsnitlig frekvens γ (omvendt til levetiden for et exciteret atom) i en tilfældig retning. Styrken af ​​lystrykket holder op med at afhænge af intensiteten, men bestemmes af hastigheden af ​​spontane emissionsbegivenheder: F≈ћkγ. Til typiske værdierγ ≈ 10 8 s -1 og λ ≈ 0,6 μm let trykkraft F≈5·10 -3 eV/cm; når det er mættet, kan lysets resonanstryk skabe en acceleration af atomer op til 10 5 g (g er accelerationen frit fald). Sådanne store kræfter gør det muligt selektivt at styre atomstråler, varierende lysets frekvens og forskelligt påvirke atomer med lidt forskellige resonansabsorptionsfrekvenser. Især er det muligt at komprimere den Maxwellske hastighedsfordeling ved at fjerne højhastighedsatomer fra strålen. Laserlyset rettes mod atomstrålen, mens strålingsspektrets frekvens og form vælges, så lystrykket bremser hurtige atomer med stor forskydning resonansfrekvens(se Doppler-effekt). Lysets resonanstryk kan bruges til at adskille gasser: når en tokammerbeholder fyldt med en blanding af to gasser, hvoraf den ene er i resonans med strålingen, bestråles, bestråles resonansatomerne under påvirkning af let tryk, vil bevæge sig ind i det fjerneste kammer.

Lysets resonanstryk på atomer placeret i et intenst felt har nogle træk. stående bølge. MED kvanteprik I lyset forårsager en stående bølge dannet af modstrømme af fotoner stød til atomet på grund af absorptionen af ​​fotoner og deres stimulerede emission. Gennemsnitlig styrke, der virker på atomet, er ikke lig med nul på grund af feltets inhomogenitet ved bølgelængden. Fra det klassiske synspunkt skyldes lystrykkets kraft virkningen af ​​et rumligt inhomogent felt på den atomare dipol induceret af det. Denne kraft er minimal ved noder, hvor dipolmomentet ikke induceres, og ved antinoder, hvor feltgradienten forsvinder. Den maksimale lystrykkraft er lig i størrelsesordenen F≈ ±Ekd (tegnene henviser til dipolernes in-fase og anti-fase bevægelse med moment d i forhold til feltet med styrke E). Denne kraft kan nå gigantiske værdier: d≈ 1 debye, λ≈0,6 μm og E≈ 10 6 V/cm kraft F≈5∙10 2 eV/cm. Feltet af en stående bølge lagdeler en stråle af atomer, der passerer gennem en lysstråle, da dipolerne, der oscillerer i modfase, bevæger sig langs forskellige baner, ligesom atomerne i Stern-Gerlach-eksperimentet. Atomer, der bevæger sig langs laserstrålen, påvirkes af den radiale lystrykkraft forårsaget af den radiale inhomogenitet af tætheden lysfelt. I både en stående og vandrende bølge forekommer ikke kun den deterministiske bevægelse af atomer, men også deres diffusion i faserummet, da absorption og emission af fotoner er kvante tilfældige processer. Kvasipartikler i faste stoffer: elektroner, excitoner osv.

Lit.: Lebedev P. N. Samling. Op. M., 1963; Ashkin A. Laserstrålingens tryk // Fremskridt fysiske videnskaber. 1973. T. 110. Udgave. 1; Kazantsev A.P. Resonant lettryk // Ibid. 1978. T. 124. Udgave. 1; Letokhov V. S., Minogin V. G. Laserstrålingstryk på atomer. M., 1986.

S. G. Przhibelsky.

Lysets kvanteteori forklarer lystryk som et resultat af fotoner, der overfører deres momentum til atomer eller stofmolekyler.

Lad på overfladen af ​​området S falder normalt til hende hvert sekund

N fotons frekvens v . Hver foton har momentum hv/c . Hvis

R er overfladereflektansen altså pN fotoner vil blive reflekteret fra overfladen, ( 1-p) N fotoner vil blive absorberet.

Hver absorberet lyskvantum vil overføre en impuls til overfladen hv/c , og hver reflekteret impuls [(hv/c) - (-hv/c)] = 2hv/c , da ved refleksion ændres retningen af ​​fotonmomentet til det modsatte, og det momentum, der overføres af det til stofpartikler, er 2hv/c . Fuld impulsen modtaget af kroppens overflade vil være

Lad os beregne lystrykket. For at gøre dette dividerer vi (20.18) med arealet S af "vingen": (20.19)

Hvis vi tager højde for, at hvN/S = Ee, vil formlen (20.19) antage formen

(20.20)

Udtryk (20.17) og (20.20), afledt inden for rammerne af elektromagnetiske og kvanteteorier, matche.

Gyldigheden af ​​disse resultater blev eksperimentelt bevist af forsøgene fra P.N. Lebedeva.

Tryk naturligt lys meget lille. Hvis oer tæt på enhed, så er det tryk, der udøves solstråler til sådanne overflader fundet på Jorden er ca

5 10 Pa (dvs. 3,7 10 mmHg) . Dette tryk er ti størrelsesordener mindre atmosfærisk tryk ved Jordens overflade.

P. N. Lebedev var kun i stand til at måle et sådant lavt tryk ved at demonstrere enestående opfindsomhed og dygtighed i at opsætte og udføre eksperimentet.

Let tryk spiller ingen rolle i de fænomener, vi møder i livet. Men i kosmiske og mikroskopiske systemer er dens rolle væsentlig.

I mikrokosmos kommer lystrykket til udtryk i det lysudbytte, som et exciteret atom oplever, når det udsender lys. Gravitationsattraktion de ydre lag af stjernestof mod dets centrum balanceres af en kraft, hvortil et væsentligt bidrag ydes af lystrykket, der kommer fra stjernens dybder og udad.

Kemisk virkning Sveta

Som et resultat af lysets virkning sker der kemiske omdannelser i nogle stoffer - fotokemiske reaktioner . Fotokemiske transformationer er meget forskellige. Under påvirkning af lys komplekse molekyler kan nedbrydes til bestanddele (f.eks. sølvbromid til sølv og brom) eller. tværtimod dannes komplekse molekyler (hvis du f.eks. belyser en blanding af klor og brint, så dannelsesreaktionen hydrogenchlorid forløber så voldsomt, at det er ledsaget af en eksplosion).

Mange af de fotokemiske reaktioner spiller en stor rolle i naturen og teknologien. Den vigtigste er fotokemisk nedbrydning af kuldioxid , der forekommer under påvirkning af lys i de grønne dele af planter. Denne reaktion har stor værdi, fordi det sikrer kulstofkredsløbet, uden hvilken langsigtet eksistens er umulig organisk liv på jorden. Som et resultat af den vitale aktivitet af dyr og planter (respiration), kontinuerlig proces carbonoxidation (dannelse CO2 ). Omvendt proces kulstofreduktion sker under påvirkning af lys i de grønne dele af planter. Denne reaktion forløber i overensstemmelse med skemaet 2СО2 2СО + О2

Den fotokemiske reaktion af nedbrydning af sølvbromid ligger til grund for fotografering og alle dens videnskabelige og tekniske applikationer fænomenet med falmning af maling, som hovedsageligt kommer ned på den fotokemiske oxidation af disse malinger, har en meget stor betydning at forstå de processer, der foregår i menneskers og dyrs øjne og underliggende visuel perception. Mange fotokemiske reaktioner bruges nu i kemisk produktion og dermed får direkte industriel betydning.

Lys absorberes og reflekteres ikke kun af stoffet, men skaber også tryk på kroppens overflade. Tilbage i 1604 forklarede den tyske astronom J. Kepler formen på kometens hale ved påvirkningen af ​​let tryk (fig. 1). engelsk fysiker J. Maxwell beregnede 250 år senere det lette tryk på legemer ved hjælp af teorien om det elektromagnetiske felt, han udviklede. Ifølge Maxwells beregninger viste det sig, at hvis lysenergi E falder vinkelret på en enhedsareal med reflektionskoefficient R i 1 s, så udøver lyset tryk, udtrykt ved afhængigheden: hvor c er lysets hastighed.

Denne formel kan også opnås ved at betragte lys som en strøm af fotoner, der interagerer med en overflade (fig. 2). Nogle videnskabsmænd tvivlede på Maxwells teoretiske beregninger, men forsøgte at verificere hans resultat i lang tid det lykkedes ikke. Midt på breddegrader ved solmiddag på en fuldt reflekterende overflade lysstråler, et tryk svarende til kun . For første gang blev let tryk målt i 1899 af den russiske fysiker P. N. Lebedev. Han hang to par vinger på en tynd tråd: overfladen af ​​den ene af dem var sort, og den anden var spejlet (fig. 3). Lyset blev næsten fuldstændig reflekteret fra spejl overflade, og dens tryk på den spejlede vinge var dobbelt så stor som på den sorte. Der blev skabt et kraftmoment, der roterede enheden. Ud fra omdrejningsvinklen kunne man bedømme kraften, der virker på vingerne, og derfor måle det lette tryk.

Eksperimentet kompliceres af uvedkommende kræfter, der opstår, når apparatet belyses, og som er tusindvis af gange større end det lette tryk, medmindre der tages særlige forholdsregler. En af disse kræfter er forbundet med den radiometriske effekt. Denne effekt opstår på grund af temperaturforskellen mellem de oplyste og mørke sider af vingen. Den letopvarmede side reflekterer de resterende gasmolekyler med en hurtigere hastighed end den køligere, uoplyste side. Derfor overfører gasmolekylerne en større impuls til den oplyste side og vingerne har en tendens til at dreje i samme retning som under påvirkning af let tryk – der opstår en falsk effekt. P. N. Lebedev reducerede den radiometriske effekt til et minimum ved at lave vinger af tynd folie, der leder varme godt og placere dem i et vakuum. Som et resultat heraf er både forskellen i impulser transmitteret af individuelle molekyler af sorte og skinnende overflader (på grund af en mindre temperaturforskel mellem dem) og samlet antal molekyler, der falder på overfladen (på grund af lavt gastryk).

Lebedevs eksperimentelle undersøgelser understøttede Keplers antagelse om arten af ​​komethaler. Efterhånden som en partikels radius falder, falder dens tiltrækning til Solen i forhold til kuben, og lystrykket falder i forhold til kvadratet af radius. Små partikler vil opleve frastødning fra Solen uanset afstanden r fra den, da strålingstætheden og tyngdekraftens tiltrækningskræfter falder efter samme lov. Lystryk begrænser den maksimale størrelse af stjerner, der findes i universet. Når massen af ​​en stjerne øges, øges tyngdekraften af ​​dens lag mod midten. Derfor er de indre lag af stjerner meget komprimeret, og deres temperatur stiger til millioner af grader. Dette øger naturligvis det udadgående lystryk af de indre lag betydeligt. U normale stjerner der opstår en balance mellem gravitationskræfterne, der stabiliserer stjernen, og de kræfter af let tryk, der har en tendens til at ødelægge den. Meget for stjernerne stor masse en sådan ligevægt opstår ikke, de er ustabile, og de burde ikke eksistere i universet. Astronomiske observationer bekræftet: de "tyngste" stjerner har præcis den maksimale masse, der stadig er tilladt ifølge teorien, som tager højde for balancen mellem tyngdekraft og let tryk inde i stjernerne.