Презентація "Квантова фізика. Тиск світла"

Давление света. Квантовая физикаstyle.colorfillcolorfill.type

1619 г. И. Кеплер. Наблюдал хвосты комет

Телеграмма богов

Давление света 1873 г. Д. Максвелл Свет должен оказывать давление. Предсказал явление

Электромагнитная природа света. Электроны в телах под действием электрического поля совершают колебания. Образуется эл. ток

Электромагнитная природа света. На движущиеся е действует сила Лоренца со стороны магнитного поля. Fл – сила светового давления

Квантовая теория света объясняет световое давление как результат передачи фотонами своего импульса атомам или молекулам вещества. Пусть на поверхность абсолютно черного тела площадью S перпендикулярно к ней ежесекундно падает N фотонов: . Каждый фотон обладает импульсом р=h𝑣𝑐. Полный импульс, получаемый поверхностью тела, равен р=𝑁h𝑣𝑐. Световое давление: р=𝐹𝑆=𝑁h𝑣𝑡𝑐𝑆  

При падении света на зеркальную поверхность удар фотона считают абсолютно упругим, поэтому изменение импульса и давление в 2 раза больше, чем при падении на черную поверхность (удар неупругий)

Давление света. Для доказательства надо измеритьstyle.colorfillcolorfill.type

Измерение давления света. Многие ученые пытались это сделать. Давление света очень мало. Р≈10⁻⁶Па

Давление света1900 г. П. Н. Лебедев экспериментально определил давление света на твёрдые тела. Он первый, кому это удалось

Схема опыта Лебедева по измерению светового давления

Прибор Лебедева. Основные элементы. Формулы Тонкие легкие «крылышки» - светлые и темные диски диаметром 5 мм, толщиной 0,01 – 0,1 мм. Подвес. Стеклянный сосуд, из которого выкачан воздух

Измерения Лебедева. Полностью подтвердили выводы теории Максвелла о существовании и величине светового давленияstyle.colorfillcolorfill.type

1874

Радиометрический эффект: Fрад > Fсв. давл в 1000 раз

Конвекционный эффект: Fконв > Fсв. давл в 10 000 раз

Трудности: Невозможность выкачать из сосуда весь воздух. На закручивание влияет неодинаковый нагрев крылышек. Отражение молекул от более нагретой стороны, передают крылышку больший импульс, чем молекулы, отражающиеся от менее нагретой стороны

Давление света. На зеркальные крылышки в 2 раза превышает давление не зачерненные

Лебедев сумел преодолеть трудности…С помощью светофильтров исключил тепловые лучи;Разрежение в баллоне довел до возможно более высокой степени;Чтобы разница температур освещенных и неосвещенных поверхностей была по возможности мала, изготовил их из очень тонкого металла;Освещал крылышки попеременно с разных сторонstyle.colorfillcolorfill.type

Давление света1903 г. П. Н. Лебедев. Световое давление на газы

1,4∙103 Втм2 Солнечная постоянная

Задача. Какова сила давления солнечного излучения , которое падает перпендикулярно на площадь , равную 0,02 мм², если коэффициент отражения равен 0,8 ? Солнечная постоянная равна 1,4к. Вт/м². Ответ: F=1,68·10¯¹³ Н.

Задача. Определить энергию излучаемую Солнцем за одну секунду , если известна солнечная постоянная для Земли. Ответ: Чему равна солнечная постоянная для Плутона если среднее расстояние Плутона от Солнца равно 40 а. е. Ответ: Еп = 0,875 Вт/м²

Задача. Считая Землю чёрным телом, вычислить силу давления солнечного излучения на земной шар. Ответ: F=6·10⁸ Н.

Опыты П. Н. Лебедева. Экспериментальное доказательство факта: фотон обладает импульсомstyle.colorfillcolorfill.type

Фотоны обладают массой и импульсом. При взаимодействии с веществом: Тело (молекулы газа) испытывает световое давление. Давление света на газы объясняется образованием «хвостов»

Опыты П. Н. Лебедева показали: Свет производит давление на поглощающие и на отражающие поверхности;Сила светового давления пропорциональна энергии падающего луча и не зависит от его цвета;Гипотеза Кеплера верна.

Задача. Плотность потока солнечного излучения, приходящего на Землю, Е=1,4к. Вт/м². Вычислить световое давление при условии полного поглощения и полного отражения. Ответ:

Задача. Наступит ли фотохимическая реакция в веществе, которое поглощает излучение с длиной волны 100нм? Энергия активации Еа=2·10¯¹⁹Дж/молекулу. Ответ: Е=19,86·10¯¹⁹Дж. Так как Е > Еа , то фотохимическая реакция наступит.