>> Tekanan ringan

§ 91 TEKANAN RINGAN

berasaskan Maxwell teori elektromagnet cahaya meramalkan bahawa cahaya akan memberikan tekanan pada halangan.

Di bawah pengaruh medan elektrik kejadian gelombang pada permukaan jasad, contohnya logam, elektron bebas bergerak ke arah bertentangan dengan vektor(Gamb. 11.7). Elektron yang bergerak digerakkan oleh daya Lorentz yang diarahkan ke arah perambatan gelombang. Jumlah kekuatan, bertindak ke atas elektron permukaan logam, dan menentukan daya tekanan cahaya.

Untuk membuktikan kesahihan teori Maxwell, adalah penting untuk mengukur tekanan cahaya. Ramai saintis telah cuba melakukan ini, tetapi tidak berjaya, kerana tekanan cahaya sangat rendah. Pada hari yang cerah, daya yang sama dengan hanya 4 10 -6 N bertindak pada permukaan dengan keluasan 1 m 2. Tekanan cahaya pertama kali diukur oleh ahli fizik Rusia Pyotr Nikolaevich Lebedev pada tahun 1900.

Lebedev Petr Nikolaevich (1866-1912)- Ahli fizik Rusia yang pertama mengukur tekanan cahaya pada pepejal dan gas. Kerja-kerja ini secara kuantitatif mengesahkan teori Maxwell. Dalam usaha untuk mencari bukti eksperimen baru tentang teori cahaya elektromagnet, dia memperoleh gelombang elektromagnet dengan panjang gelombang milimeter dan mengkaji semua sifatnya. Dicipta yang pertama di Rusia sekolah jasmani. Ramai saintis Soviet yang cemerlang adalah pelajarnya. Nama Lebedev ialah institut fizikal Akademi Sains USSR (FIAN).

Peranti Lebedev terdiri daripada batang yang sangat ringan pada benang kaca nipis, tetapi tepinya mempunyai sayap ringan yang dilekatkan padanya (Rajah 11.8). Keseluruhan peranti diletakkan di dalam bekas yang mana udara dipam keluar. Cahaya jatuh pada sayap yang terletak di sebelah batang. Nilai tekanan boleh dinilai dengan sudut pusingan benang. Kesukaran ukuran yang tepat tekanan ringan dikaitkan dengan ketidakupayaan untuk mengepam semua udara keluar dari kapal (pergerakan molekul udara yang disebabkan oleh pemanasan yang tidak sama pada sayap dan dinding kapal membawa kepada tork tambahan). Di samping itu, pusingan benang dipengaruhi oleh pemanasan yang tidak sama pada sisi sayap (sisi yang menghadap sumber cahaya memanas lebih daripada sebelah bertentangan). Molekul yang dipantulkan dari bahagian yang lebih panas memindahkan lebih banyak momentum ke sayap daripada molekul yang dipantulkan dari bahagian yang kurang panas.

Lebedev berjaya mengatasi semua kesukaran ini, walaupun Level rendah teknik eksperimen pada masa itu, mengambil kapal yang sangat besar dan sayap yang sangat nipis. Akhirnya kewujudan tekanan ringan pada pepejal telah dibuktikan dan diukur. Nilai yang diperolehi bertepatan dengan yang diramalkan oleh Maxwell. Selepas itu, selepas tiga tahun bekerja, Lebedev berjaya menjalankan eksperimen yang lebih halus: untuk mengukur tekanan cahaya pada gas.

Kemunculan teori kuantum cahaya memungkinkan untuk menerangkan dengan lebih mudah punca tekanan cahaya. Foton, seperti zarah jirim yang mempunyai jisim rehat, mempunyai momentum. Apabila diserap oleh badan, mereka memindahkan impuls mereka kepadanya. Mengikut undang-undang pengekalan momentum, momentum badan menjadi sama dengan impuls foton yang diserap. Oleh itu, badan dalam keadaan rehat mula bergerak. Perubahan dalam momentum jasad bermaksud, mengikut undang-undang kedua Newton, bahawa daya bertindak ke atas jasad itu.

Eksperimen Lebedev boleh dianggap sebagai bukti eksperimen bahawa foton mempunyai momentum.

Walaupun tekanan cahaya sangat rendah keadaan biasa, namun kesannya mungkin ketara. Di dalam bintang, pada suhu beberapa puluh juta Kelvin, tekanan sinaran elektromagnet sepatutnya mencapai nilai yang sangat besar. Daya tekanan ringan bersama-sama dengan daya graviti memainkan peranan penting dalam proses bintang.

Menurut elektrodinamik Maxwell, tekanan ringan timbul akibat tindakan daya Lorentz ke atas elektron medium yang berayun di bawah pengaruh medan elektrik. gelombang elektromagnet. Dari sudut pandangan teori kuantum, tekanan muncul akibat pemindahan impuls foton ke badan apabila ia diserap.

Myakishev G. Ya., Fizik. darjah 11: pendidikan. untuk pendidikan am institusi: asas dan profil. peringkat / G. Ya. Myakishev, B. V. Bukhovtsev, V. M. Charugin; ed. V. I. Nikolaeva, N. A. Parfentieva. - ed. ke-17, disemak. dan tambahan - M.: Pendidikan, 2008. - 399 p.: sakit.

Muat turun buku teks untuk semua mata pelajaran, pembangunan rancangan pengajaran guru, Fizik dan astronomi untuk darjah 11 dalam talian

Isi pelajaran nota pelajaran menyokong kaedah pecutan pembentangan pelajaran bingkai teknologi interaktif berlatih tugasan dan latihan bengkel ujian kendiri, latihan, kes, pencarian kerja rumah isu kontroversi soalan retorik daripada pelajar Ilustrasi audio, klip video dan multimedia gambar, gambar, grafik, jadual, rajah, jenaka, anekdot, jenaka, komik, perumpamaan, pepatah, silang kata, petikan Alat tambah abstrak artikel helah untuk buaian ingin tahu buku teks asas dan kamus tambahan istilah lain Menambah baik buku teks dan pelajaranmembetulkan kesilapan dalam buku teks mengemas kini serpihan dalam buku teks, elemen inovasi dalam pelajaran, menggantikan pengetahuan lapuk dengan yang baharu Hanya untuk guru pelajaran yang sempurna pelan kalendar untuk setahun garis panduan program perbincangan Pelajaran Bersepadu

48. Unsur optik kuantum. Tenaga, jisim dan momentum foton. Terbitan formula untuk tekanan ringan berdasarkan idea kuantum tentang sifat cahaya.

Oleh itu, perambatan cahaya tidak boleh dianggap sebagai perambatan gelombang berterusan

proses, tetapi sebagai aliran zarah diskret yang disetempat di angkasa, bergerak pada kelajuan perambatan cahaya dalam vakum. Selepas itu (pada tahun 1926) zarah ini dipanggil foton. Foton mempunyai semua sifat zarah (korpuskel).

Perkembangan hipotesis Planck membawa kepada penciptaan idea tentang sifat kuantum Sveta. Kuanta cahaya dipanggil foton. Mengikut undang-undang kekadaran jisim dan tenaga dan hipotesis Planck, tenaga foton ditentukan oleh formula

.

Menyamakan sisi kanan persamaan ini, kita memperoleh ungkapan untuk jisim foton

atau mengambil kira bahawa,

Momentum foton ditentukan oleh formula:

Jisim selebihnya bagi foton ialah sifar. Kuantum radiasi elektromagnetik wujud hanya dengan merambat pada kelajuan cahaya, sambil memiliki nilai tenaga dan momentum terhingga. Dalam cahaya monokromatik dengan frekuensi ν, semua foton mempunyai tenaga, momentum dan jisim yang sama.

Tekanan ringan

Sinaran cahaya boleh memindahkan tenaganya ke badan dalam bentuk tekanan mekanikal.

Dia membuktikan bahawa cahaya yang diserap sepenuhnya oleh plat hitam mengenakan daya padanya. Tekanan cahaya menunjukkan dirinya dalam fakta bahawa daya teragih bertindak pada permukaan badan yang diterangi ke arah perambatan cahaya, berkadar dengan ketumpatan tenaga cahaya dan bergantung kepada sifat optik permukaan.

Hasil daripada menggunakan undang-undang mekanik pada pengukuran optik Lebedev, hubungan yang sangat penting diperolehi, yang menunjukkan bahawa tenaga sentiasa bersamaan dengan jisim. Einstein adalah orang pertama yang menyatakan bahawa persamaan mc 2 =E adalah universal dan harus sah untuk sebarang jenis tenaga.

Fenomena ini boleh dijelaskan dari sudut pandangan kedua-dua gelombang dan konsep korpuskular sifat cahaya. Dalam kes pertama, ini adalah hasil interaksi arus elektrik diinduksi dalam badan medan elektrik gelombang cahaya, dengan medan magnetnya mengikut hukum Ampere. Medan elektrik dan magnet gelombang cahaya, berubah secara berkala dalam ruang dan masa, apabila berinteraksi dengan permukaan bahan, mengenakan daya pada elektron atom bahan itu. Medan elektrik gelombang menyebabkan elektron berayun. Lorentz memaksa dari sisi medan magnet gelombang diarahkan sepanjang arah perambatan gelombang dan mewakili daya tekanan ringan. Teori kuantum menerangkan tekanan cahaya dengan fakta bahawa foton mempunyai momentum tertentu dan, apabila berinteraksi dengan jirim, mereka memindahkan sebahagian daripada momentum kepada zarah bahan, dengan itu mengenakan tekanan pada permukaannya (analogi boleh dibuat dengan kesan molekul pada dinding kapal, di mana momentum yang dipindahkan ke dinding menentukan tekanan gas di dalam kapal).

Apabila diserap, foton memindahkan momentum mereka ke badan yang berinteraksi dengannya. Ini adalah punca tekanan ringan.

Mari kita tentukan tekanan cahaya pada permukaan menggunakan teori kuantum sinaran.

Biarkan sinaran dengan frekuensi ν jatuh berserenjang dengan beberapa permukaan (Rajah 5). Biarkan sinaran ini, yang terdiri daripada N foton, jatuh pada permukaan rata

ganti ∆ S untuk masa ∆ t. Permukaan menyerap N 1 foton dan memantul

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

	Bersambung 48
Setiap foton yang diserap (kesan tak anjal) memindahkan momentum ke permukaan				Dan semua orang dari-
foton terjejas (kesan elastik) memindahkan momentum kepadanya			Kemudian semua foton kejadian dihantar
meniup impuls yang sama dengan
Dalam kes ini, cahaya akan bertindak pada permukaan dengan daya
mereka. memberikan tekanan

Darab dan bahagi bahagian kanan kesamaan ini dengan N, kita dapat

Akhirnya

di manakah tenaga semua N foton kejadian per unit luas per unit masa, saiz-

ity; – pekali pantulan.

Untuk permukaan hitam ρ = 0 dan tekanan akan sama.

mewakili ketumpatan pukal tenaga, dimensinya .

Maka kepekatan n foton dalam kejadian rasuk di permukaan akan menjadi

.

Menggantikan (2.2) ke dalam persamaan untuk tekanan ringan, kita perolehi

Tekanan yang dihasilkan oleh cahaya apabila jatuh pada permukaan rata boleh dikira menggunakan formula

di mana E ialah keamatan penyinaran permukaan (atau pencahayaan), c ialah kelajuan perambatan gelombang elektromagnet dalam vakum, α, ialah pecahan tenaga kejadian yang diserap oleh badan (pekali penyerapan

nia), ρ ialah pecahan tenaga kejadian yang dipantulkan oleh badan (pekali pantulan), θ ialah sudut antara arah sinaran dan normal kepada permukaan yang disinari. Jika badan tidak telus, itu semua

sinaran kejadian dipantulkan dan diserap, maka α +ρ =1.

49 Unsur optik kuantum. Kesan Compton. Dualisme gelombang zarah cahaya (radiasi).

3) Dualisme gelombang-korpuskel sinaran elektromagnet

Jadi, belajarlah sinaran haba, kesan fotoelektrik, kesan Compton menunjukkan bahawa sinaran elektromagnet (khususnya, cahaya) mempunyai semua sifat zarah (korpuskel). Namun begitu kumpulan besar fenomena optik- gangguan, pembelauan, polarisasi menunjukkan sifat gelombang sinaran elektromagnet, khususnya cahaya.

Apa yang membentuk cahaya - gelombang elektromagnet berterusan yang dipancarkan oleh sumber atau aliran foton diskret, secara rawak untuk gelombang elektromagnet, tidak mengecualikan ciri ciri diskret foton.

Cahaya (sinaran elektromagnet) secara serentak mempunyai sifat gelombang elektromagnet berterusan dan sifat foton diskret. Ini adalah dualisme gelombang zarah (dualiti) sinaran elektromagnet.

2) Kesan Compton Terdiri daripada meningkatkan panjang gelombang sinaran x-ray apabila ia dihamburkan oleh jirim. Perubahan panjang gelombang

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

dengan k =h/(mc) ialah panjang gelombang Compton, m ialah jisim selebihnya bagi

takhta. k =2.43*10 -12 m=0.0243 A(1 A=10-10 m).

Semua ciri kesan Compton telah dijelaskan dengan mempertimbangkan penyebaran sebagai satu proses perlanggaran elastik Foton sinar-X dengan elektron bebas, di mana undang-undang pemuliharaan tenaga dan undang-undang pemuliharaan momentum diperhatikan.

Menurut (9), perubahan dalam panjang gelombang hanya bergantung pada sudut serakan dan tidak bergantung sama ada pada panjang gelombang sinar-X atau jenis bahan.

1) Unsur-unsur optik kuantum. Foton, tenaga, jisim dan momentum foton

Untuk menerangkan taburan tenaga dalam spektrum sinaran haba, Planck mengandaikan bahawa gelombang elektromagnet dipancarkan dalam bahagian (quanta). Einstein pada tahun 1905 membuat kesimpulan bahawa sinaran bukan sahaja dipancarkan, tetapi juga merambat dan diserap dalam bentuk kuanta. Kesimpulan ini memungkinkan untuk menerangkan semua fakta eksperimen (kesan fotoelektrik, kesan Compton, dll.) yang tidak dapat dijelaskan oleh elektrodinamik klasik, berdasarkan konsep gelombang sifat sinaran. Oleh itu, perambatan cahaya tidak boleh dianggap sebagai berterusan proses gelombang, tetapi sebagai aliran zarah diskret yang disetempat di angkasa, bergerak pada kelajuan perambatan cahaya dalam vakum. Selepas itu (pada tahun 1926) zarah ini dipanggil foton. Foton mempunyai semua sifat zarah (korpuskel).

1. Tenaga foton

Oleh itu, pemalar Planck kadangkala dipanggil kuantum tindakan. Dimensi bertepatan, sebagai contoh, dengan dimensi momentum sudut (L=r mv).

Seperti berikut daripada (1), tenaga foton meningkat dengan peningkatan frekuensi (atau mengurangkan panjang gelombang),

2. Jisim foton ditentukan berdasarkan hukum hubungan antara jisim dan tenaga (E=mc 2)

3. Impuls foto. Bagi mana-mana zarah relativistik, tenaganya Oleh kerana foton mempunyai m 0 =0, maka momentum foton

mereka. panjang gelombang adalah berkadar songsang dengan momentum

50. Model nuklear atom mengikut Rutherford. Spektrum atom hidrogen. Formula Balmer Umum. Siri spektrum atom hidrogen. Konsep terma.

1) Rutherford mencadangkan model nuklear atom. Menurut model ini, atom terdiri daripada nukleus positif yang mempunyai cas Ze (Z - nombor siri unsur dalam jadual berkala, e - caj asas), saiz 10 -5 -10 -4 A (1A = 10 -10 m) dan jisimnya hampir sama dengan jisim atom. Elektron bergerak mengelilingi nukleus dalam orbit tertutup, membentuk kulit elektron atom. Oleh kerana atom adalah neutral, elektron Z harus berputar mengelilingi nukleus, jumlah casnya ialah Zе. Dimensi atom ditentukan oleh dimensi orbit luar elektron dan mengikut susunan unit A.

Jisim elektron membentuk pecahan yang sangat kecil daripada jisim nukleus (untuk hidrogen 0.054%, untuk unsur lain kurang daripada 0.03%). Konsep "saiz elektron" tidak boleh dirumus secara konsisten, walaupun ro 10-3 A dipanggil jejari elektron klasik. Jadi, nukleus atom menduduki bahagian yang tidak penting daripada isipadu atom dan hampir keseluruhan (99.95%) jisim atom tertumpu di dalamnya. Jika nukleus atom terletak berdekatan antara satu sama lain, maka Bumi akan mempunyai jejari 200 m dan bukan 6400 km (ketumpatan jirim

nukleus atom 1.8

2) Spektrum garis atom hidrogen

Spektrum pelepasan hidrogen atom terdiri daripada garis spektrum individu, yang terletak di dalam susunan tertentu. Pada tahun 1885, Balmer mendapati bahawa panjang gelombang (atau frekuensi) garisan ini boleh diwakili oleh formula.

, (9)

di mana R =1.0974 7 m -1 juga dipanggil pemalar Rydberg.

Dalam Rajah. Rajah 1 menunjukkan rajah aras tenaga atom hidrogen, dikira mengikut (6) pada z=1.

Apabila elektron bergerak dari tahap tenaga yang lebih tinggi ke tahap n = 1, sinaran ultraungu atau sinaran siri Lyman (SL) berlaku.

Apabila elektron bergerak ke tahap n = 2, sinaran yang boleh dilihat atau sinaran siri Balmer (SB).

Apabila elektron bergerak dari lebih tahap tinggi setiap tahap n =

3 timbul sinaran inframerah, atau sinaran siri Paschen (SP), dsb.

Kekerapan atau panjang gelombang sinaran yang timbul dalam kes ini ditentukan oleh formula (8) atau (9) dengan m = 1 untuk siri Lyman, m = 2 untuk siri Balmer dan m = 3 untuk siri Paschen. Tenaga foton ditentukan oleh formula (7), yang, dengan mengambil kira (6), boleh dikurangkan untuk atom seperti hidrogen kepada bentuk:

eV (10)

50 diteruskan

4) Siri spektrum hidrogen- satu set siri spektrum yang membentuk spektrum atom hidrogen. Oleh kerana hidrogen ialah atom yang paling ringkas, siri spektrumnya adalah yang paling banyak dikaji. Mereka mematuhi formula Rydberg dengan baik:

,

di mana R = 109,677 cm−1 ialah pemalar Rydberg untuk hidrogen, n′ ialah aras utama siri itu. Garis spektrum, timbul semasa peralihan kepada utama tahap tenaga,

dipanggil resonan, semua yang lain dipanggil bawahan.

siri Lyman

Ditemui oleh T. Lyman pada tahun 1906. Semua baris dalam siri ini berada dalam julat ultraviolet. Siri ini sepadan dengan formula Rydberg dengan n′ = 1 dan n = 2, 3, 4,

Siri Balmer

Ditemui oleh I. Balmer pada tahun 1885. Empat baris pertama siri ini berada dalam julat yang boleh dilihat. Siri ini sepadan dengan formula Rydberg dengan n′ = 2 dan n = 3, 4, 5

5) Istilah spektrum atau istilah elektronikatom, molekul atau ion - konfigurasi

walkie-talkie (negeri) subsistem elektronik, yang menentukan tahap tenaga. Kadang-kadang istilah perkataan itu difahami sebagai tenaga itu sendiri. tahap ini. Peralihan antara istilah menentukan pancaran dan spektrum penyerapan sinaran elektromagnet.

Istilah atom biasanya dilambangkan dalam huruf besar S,P,D,F, dsb., sepadan dengan nilai nombor kuantum momentum sudut orbit L =0, 1, 2, 3, dsb. Nombor kuantum Jumlah momentum sudut J diberikan oleh subskrip di bahagian bawah sebelah kanan. Nombor kecil di bahagian atas kiri menunjukkan kepelbagaian ( kepelbagaian) istilah. Contohnya, ²P 3/2 ialah doublet P. Kadang-kadang (sebagai peraturan, untuk atom dan ion satu elektron) istilah simbol ditunjukkan dengan nombor kuantum utama(contohnya, 2²S 1/2).

TEKANAN CBETA, tekanan yang dikenakan oleh cahaya pada pemantulan dan penyerapan jasad, zarah, dan molekul dan atom individu; salah satu tindakan ponderomotive cahaya yang berkaitan dengan pemindahan impuls medan elektromagnet bahan. Hipotesis tentang kewujudan tekanan cahaya pertama kali dikemukakan oleh I. Kepler pada abad ke-17 untuk menjelaskan sisihan ekor komet dari Matahari. Teori tekanan ringan dalam elektrodinamik klasik diberikan oleh J.C. Maxwell pada tahun 1873. Di dalamnya, tekanan cahaya dijelaskan oleh penyerakan dan penyerapan gelombang elektromagnet oleh zarah jirim. Dalam kerangka teori kuantum, tekanan ringan adalah hasil daripada pemindahan momentum oleh foton ke badan.

Dengan kejadian biasa cahaya pada permukaan badan pepejal, tekanan cahaya p ditentukan oleh formula:

р = S(1 + R)/с, di mana

S ialah ketumpatan fluks tenaga (keamatan cahaya), R ialah pekali pantulan cahaya dari permukaan, c ialah kelajuan cahaya. Dalam keadaan biasa, tekanan ringan hampir tidak ketara. Walaupun dalam pancaran laser berkuasa (1 W/cm 2 ), tekanan cahaya adalah kira-kira 10 -4 g/cm 2 . Pancaran laser dengan keratan rentas yang luas boleh difokuskan, dan kemudian daya tekanan cahaya pada tumpuan pancaran boleh menahan zarah miligram yang digantung.

Tekanan cahaya pada pepejal pertama kali dikaji secara eksperimen oleh P. N. Lebedev pada tahun 1899. Kesukaran utama dalam pengesanan eksperimen tekanan cahaya adalah dalam mengasingkannya dengan latar belakang daya radiometrik dan perolakan, magnitud yang bergantung pada tekanan gas yang mengelilingi badan dan, dalam kes vakum tidak mencukupi, boleh melebihi tekanan cahaya. dengan beberapa urutan magnitud. Dalam eksperimen Lebedev, dalam kapal kaca yang dipindahkan (tekanan dari urutan 10 -4 mm Hg), lengan goyang neraca kilasan dengan sayap cakera nipis yang melekat padanya digantung pada benang perak nipis, yang disinari. Sayap dibuat daripada pelbagai logam dan mika dengan permukaan bertentangan yang sama. Dengan menyinari secara berurutan permukaan depan dan belakang sayap pelbagai ketebalan, Lebedev dapat meneutralkan kesan sisa daya radiometrik dan memperoleh persetujuan yang memuaskan (dengan ralat ± 20%) dengan teori Maxwell. Pada 1907-10 Lebedev menyiasat tekanan cahaya pada gas.

Tekanan ringan sedang dimainkan peranan besar dalam bidang astronomi dan fenomena atom. Tekanan cahaya dalam bintang, bersama-sama dengan tekanan gas, memastikan kestabilan mereka, menentang daya graviti. Tindakan tekanan ringan menerangkan beberapa bentuk ekor komet. Apabila foton dipancarkan oleh atom, apa yang dipanggil recoil bercahaya berlaku, dan atom menerima momentum foton. Dalam jirim pekat, tekanan ringan boleh mendorong arus pembawa cas (lihat Pemerangkapan elektron oleh foton). Tekanan sinaran suria Mereka cuba menggunakannya untuk mencipta sejenis peranti pendorong angkasa - apa yang dipanggil layar solar.

Ciri-ciri khusus tekanan cahaya dikesan dalam sistem atom jarang semasa penyebaran resonans cahaya sengit, apabila frekuensi sinaran laser sama dengan kekerapan peralihan atom. Setelah menyerap foton, atom menerima impuls ke arah pancaran laser dan masuk ke dalam keadaan teruja. Selanjutnya, secara spontan memancarkan foton, atom memperoleh momentum (keluaran bercahaya) dalam arah yang sewenang-wenangnya. Dengan penyerapan berikutnya dan pelepasan spontan foton, atom sentiasa menerima impuls yang diarahkan sepanjang pancaran cahaya, yang menghasilkan tekanan ringan.

Daya F tekanan resonan cahaya pada atom ditakrifkan sebagai momentum yang dipindahkan oleh fluks foton dengan ketumpatan N per unit masa: F = Nћkσ, di mana ћk = 2πћ/λ ialah momentum satu foton, σ ≈ λ 2 ialah keratan rentas penyerapan foton resonan, λ ialah cahaya panjang gelombang, k - nombor gelombang, ћ - pemalar Planck. Pada ketumpatan sinaran yang agak rendah, tekanan resonan cahaya adalah berkadar terus dengan keamatan cahaya. Pada ketumpatan tinggi Dalam fluks foton N, ketepuan penyerapan dan tekanan cahaya resonan tepu (lihat kesan Ketepuan). Dalam kes ini, tekanan cahaya dicipta oleh foton yang dipancarkan secara spontan oleh atom dengan frekuensi purata γ (berbalik kepada jangka hayat atom teruja) dalam arah rawak. Kekuatan tekanan cahaya tidak lagi bergantung pada keamatan, tetapi ditentukan oleh kelajuan kejadian pelepasan spontan: F≈ћkγ. Untuk nilai tipikalγ ≈ 10 8 s -1 dan λ ≈0.6 μm daya tekanan ringan F≈5·10 -3 eV/cm; apabila tepu, tekanan resonan cahaya boleh mencipta pecutan atom sehingga 10 5 g (g ialah pecutan jatuh bebas). Daya besar sedemikian memungkinkan untuk mengawal rasuk atom secara selektif, mengubah frekuensi cahaya dan mempengaruhi atom secara berbeza dengan frekuensi penyerapan resonan yang sedikit berbeza. Khususnya, adalah mungkin untuk memampatkan taburan halaju Maxwellian dengan mengeluarkan atom berkelajuan tinggi daripada rasuk. Cahaya laser diarahkan ke arah pancaran atom, sambil memilih frekuensi dan bentuk spektrum sinaran supaya tekanan cahaya melambatkan atom cepat dengan anjakan yang besar frekuensi resonans(lihat kesan Doppler). Tekanan resonan cahaya boleh digunakan untuk memisahkan gas: apabila bekas dua ruang diisi dengan campuran dua gas, atom salah satunya dalam resonans dengan sinaran, disinari, atom resonan, di bawah pengaruh tekanan ringan, akan bergerak ke ruang jauh.

Tekanan resonan cahaya pada atom yang diletakkan dalam medan sengit mempunyai beberapa ciri. ombak berdiri. DENGAN titik kuantum Pada pandangan, gelombang berdiri yang dibentuk oleh aliran balas foton menyebabkan kejutan kepada atom disebabkan oleh penyerapan foton dan pelepasan rangsangannya. Kekuatan purata, bertindak ke atas atom, tidak sama dengan sifar disebabkan oleh ketidakhomogenan medan pada panjang gelombang. Dari sudut pandangan klasik, daya tekanan cahaya adalah disebabkan oleh tindakan medan tidak homogen secara spatial pada dipol atom yang disebabkan olehnya. Daya ini adalah minimum pada nod di mana momen dipol tidak teraruh, dan pada antinod di mana kecerunan medan hilang. Daya tekanan cahaya maksimum adalah sama mengikut susunan magnitud kepada F≈ ±Ekd (tanda-tanda merujuk kepada gerakan dalam fasa dan anti-fasa bagi dipol dengan momen d relatif kepada medan dengan kekuatan E). Daya ini boleh mencapai nilai gergasi: d≈ 1 debye, λ≈0.6 μm dan E≈ 10 6 V/cm daya F≈5∙10 2 eV/cm. Medan gelombang berdiri menstratifkan pancaran atom yang melalui pancaran cahaya, kerana dipol, berayun dalam antifasa, bergerak di sepanjang trajektori yang berbeza, seperti atom dalam eksperimen Stern-Gerlach. Atom yang bergerak di sepanjang pancaran laser dipengaruhi oleh daya tekanan cahaya jejari yang disebabkan oleh ketidakhomogenan jejari ketumpatan medan cahaya. Dalam kedua-dua gelombang berdiri dan bergerak, bukan sahaja pergerakan deterministik atom berlaku, tetapi juga resapan mereka dalam ruang fasa, kerana penyerapan dan pelepasan foton adalah kuantum. proses rawak. Kuasipartikel dalam pepejal: elektron, exciton, dsb.

Lit.: Koleksi Lebedev P. N.. Op. M., 1963; Ashkin A. Tekanan sinaran laser // Kemajuan Sains fizikal. 1973. T. 110. Isu. 1; Kazantsev A.P. Tekanan cahaya resonan // Ibid. 1978. T. 124. Isu. 1; Letokhov V. S., Minogin V. G. Tekanan sinaran laser pada atom. M., 1986.

S. G. Przhibelsky.

Teori kuantum cahaya menerangkan tekanan cahaya akibat foton memindahkan momentumnya kepada atom atau molekul jirim.

Biarkan pada permukaan kawasan S biasanya jatuh kepadanya setiap saat

N kekerapan foton v . Setiap foton mempunyai momentum hv/c . Jika

R ialah pantulan permukaan, maka pN foton akan dipantulkan dari permukaan, ( 1-p) N foton akan diserap.

Setiap kuantum cahaya yang diserap akan memindahkan impuls ke permukaan hv/c , dan setiap impuls yang dipantulkan [(hv/c) - (-hv/c)] = 2hv/c , kerana apabila dipantulkan arah momentum foton berubah ke arah yang bertentangan dan momentum yang dipindahkan olehnya kepada zarah jirim ialah 2hv/c . penuh impuls yang diterima oleh permukaan badan akan

Mari kita mengira tekanan ringan. Untuk melakukan ini, kita bahagikan (20.18) dengan luas S "sayap": (20.19)

Jika kita mengambil kira bahawa hvN/S = Ee, maka formula (20.19) akan mengambil bentuk

(20.20)

Ungkapan (20.17) dan (20.20), diperolehi dalam rangka kerja elektromagnet dan teori kuantum, padankan.

Kesahan keputusan ini telah dibuktikan secara eksperimen oleh eksperimen P.N. Lebedeva.

Tekanan cahaya semula jadi sangat sedikit. Jika pekali penyerapan permukaan adalah hampir kepada perpaduan, maka tekanan dikenakan cahaya matahari ke permukaan seperti yang terdapat di Bumi adalah lebih kurang

5 10 Pa (iaitu 3.7 10 mmHg) . Tekanan ini adalah sepuluh pesanan magnitud kurang tekanan atmosfera di permukaan bumi.

P. N. Lebedev dapat mengukur tekanan rendah itu hanya dengan menunjukkan kepintaran dan kemahiran yang luar biasa dalam menyediakan dan menjalankan eksperimen.

Tekanan ringan tidak memainkan peranan dalam fenomena yang kita hadapi dalam kehidupan. Tetapi dalam sistem kosmik dan mikroskopik peranannya adalah penting.

Dalam mikrokosmos, tekanan cahaya ditunjukkan dalam keluaran bercahaya yang dialami oleh atom yang teruja apabila ia memancarkan cahaya. Tarikan graviti lapisan luar jirim bintang ke arah pusatnya diimbangi oleh daya, sumbangan penting yang dibuat oleh tekanan cahaya yang datang dari kedalaman bintang ke luar.

Tindakan kimia Sveta

Hasil daripada tindakan cahaya, transformasi kimia berlaku dalam beberapa bahan - tindak balas fotokimia . Transformasi fotokimia sangat pelbagai. Di bawah pengaruh cahaya molekul kompleks boleh terurai kepada bahagian komponen (contohnya, perak bromida menjadi perak dan bromin) atau. sebaliknya, molekul kompleks terbentuk (contohnya, jika anda menerangi campuran klorin dan hidrogen, maka tindak balas pembentukan hidrogen klorida berjalan dengan begitu ganas sehingga disertai dengan letupan).

Banyak tindak balas fotokimia memainkan peranan besar dalam alam semula jadi dan teknologi. Yang utama ialah penguraian fotokimia karbon dioksida , berlaku di bawah pengaruh cahaya di bahagian hijau tumbuhan. Reaksi ini mempunyai Nilai yang hebat, kerana ia memastikan kitaran karbon, tanpanya kewujudan jangka panjang adalah mustahil kehidupan organik atas tanah. Hasil daripada aktiviti penting haiwan dan tumbuhan (pernafasan), proses berterusan pengoksidaan karbon (pembentukan CO2 ). Proses terbalik pengurangan karbon berlaku di bawah pengaruh cahaya di bahagian hijau tumbuhan. Tindak balas ini berjalan mengikut skema 2СО2 2СО + О2

Tindak balas fotokimia penguraian bromida perak mendasari fotografi dan semua saintifik dan aplikasi teknikal, fenomena pudar cat, yang disebabkan terutamanya oleh pengoksidaan fotokimia cat ini, mempunyai sangat penting untuk memahami proses yang berlaku pada mata manusia dan haiwan dan asasnya persepsi visual. Banyak tindak balas fotokimia kini digunakan dalam pengeluaran kimia dan dengan itu memperoleh kepentingan industri secara langsung.

Cahaya bukan sahaja diserap dan dipantulkan oleh bahan, tetapi juga mewujudkan tekanan pada permukaan badan. Pada tahun 1604, ahli astronomi Jerman I. Kepler menerangkan bentuk ekor komet dengan tindakan tekanan ringan (Rajah 1). ahli fizik Inggeris J. Maxwell 250 tahun kemudian mengira tekanan ringan pada jasad, menggunakan teori medan elektromagnet yang dibangunkannya. Menurut pengiraan Maxwell, ternyata jika tenaga cahaya E jatuh berserenjang dengan luas unit dengan pekali pantulan R dalam 1 s, maka cahaya itu mengenakan tekanan, dinyatakan oleh pergantungan: di mana c ialah kelajuan cahaya.

Formula ini juga boleh diperolehi dengan menganggap cahaya sebagai aliran foton yang berinteraksi dengan permukaan (Rajah 2). Sesetengah saintis meragui pengiraan teori Maxwell, tetapi secara eksperimen mengesahkan keputusannya untuk masa yang lama ia tidak berjaya. Di latitud pertengahan pada tengah hari suria pada permukaan yang memantulkan sepenuhnya sinaran cahaya, tekanan yang sama dengan sahaja. Untuk pertama kalinya, tekanan ringan diukur pada tahun 1899 oleh ahli fizik Rusia P. N. Lebedev. Dia menggantung dua pasang sayap pada benang nipis: permukaan salah satu daripadanya dihitamkan, dan yang lain dicerminkan (Rajah 3). Cahaya itu hampir dipantulkan sepenuhnya dari permukaan cermin, dan tekanannya pada sayap cermin adalah dua kali lebih hebat daripada sayap hitam. Seketika daya dicipta yang memutarkan peranti. Dengan sudut putaran seseorang boleh menilai daya yang bertindak pada sayap, dan oleh itu mengukur tekanan cahaya.

Eksperimen ini rumit oleh daya luar yang timbul apabila peranti diterangi, yang beribu kali lebih besar daripada tekanan ringan melainkan langkah berjaga-jaga khas diambil. Salah satu daya ini dikaitkan dengan kesan radiometrik. Kesan ini berlaku disebabkan perbezaan suhu antara bahagian sayap yang bercahaya dan gelap. Bahagian yang dipanaskan ringan memantulkan molekul gas sisa pada kadar yang lebih cepat daripada bahagian yang lebih sejuk dan tidak menyala. Oleh itu, molekul gas memindahkan impuls yang lebih besar ke bahagian yang diterangi dan sayap cenderung untuk berpusing ke arah yang sama seperti di bawah pengaruh tekanan cahaya - kesan palsu berlaku. P. N. Lebedev mengurangkan kesan radiometrik kepada minimum dengan membuat sayap daripada kerajang nipis yang mengalirkan haba dengan baik dan meletakkannya di dalam vakum. Akibatnya, kedua-dua perbezaan dalam impuls yang dihantar oleh molekul individu permukaan hitam dan berkilat (disebabkan perbezaan suhu yang lebih kecil di antara mereka) dan jumlah nombor molekul jatuh di permukaan (disebabkan oleh tekanan gas yang rendah).

Kajian eksperimen Lebedev menyokong andaian Kepler tentang sifat ekor komet. Apabila jejari zarah berkurangan, daya tarikannya kepada Matahari berkurangan mengikut perkadaran kubus, dan tekanan cahaya berkurangan berkadaran dengan kuasa dua jejari. Zarah-zarah kecil akan mengalami tolakan dari Matahari tanpa mengira jarak r daripadanya, kerana ketumpatan sinaran dan daya tarikan graviti berkurangan mengikut undang-undang yang sama. Tekanan cahaya mengehadkan saiz maksimum bintang yang wujud di Alam Semesta. Apabila jisim bintang bertambah, graviti lapisannya ke arah pusat bertambah. Oleh itu, lapisan dalam bintang sangat dimampatkan, dan suhunya meningkat kepada berjuta-juta darjah. Sememangnya, ini dengan ketara meningkatkan tekanan cahaya luar lapisan dalam. U bintang biasa timbul keseimbangan antara daya graviti yang menstabilkan bintang dan daya tekanan cahaya yang cenderung untuk memusnahkannya. Sangat untuk bintang jisim besar keseimbangan sedemikian tidak berlaku, ia tidak stabil, dan ia tidak sepatutnya wujud di Alam Semesta. Pemerhatian astronomi disahkan: bintang "paling berat" mempunyai jisim maksimum yang masih dibenarkan oleh teori, yang mengambil kira keseimbangan tekanan graviti dan ringan di dalam bintang.