Η υπόθεση για την ύπαρξη ελαφριάς πίεσης προτάθηκε για πρώτη φορά από τον I. Kepler τον 17ο αιώνα για να εξηγήσει τη συμπεριφορά των ουρών των κομητών όταν πετούν κοντά στον Ήλιο. Το 1873, ο Maxwell έδωσε μια θεωρία για την πίεση του φωτός στο πλαίσιο της κλασικής ηλεκτροδυναμικής του. Η ελαφριά πίεση μελετήθηκε για πρώτη φορά πειραματικά από τον P. N. Lebedev το 1899. Στα πειράματά του, μια περιστροφική ζυγαριά αναρτήθηκε από μια λεπτή ασημένια κλωστή σε ένα εκκενωμένο δοχείο, στους βραχίονες του οποίου είχαν προσαρτηθεί λεπτοί δίσκοι από μίκα και διάφορα μέταλλα. Η κύρια δυσκολία ήταν να απομονωθεί η πίεση του φωτός στο φόντο των ραδιομετρικών και συναγωγικών δυνάμεων (δυνάμεις που προκαλούνται από τη διαφορά θερμοκρασίας του περιβάλλοντος αερίου στις φωτισμένες και μη φωτισμένες πλευρές). Με εναλλασσόμενη ακτινοβολία διαφορετικές πλευρέςΟ Lebedev ισοπέδωσε τις ραδιομετρικές δυνάμεις και πέτυχε μια ικανοποιητική (±20%) συμφωνία με τη θεωρία του Maxwell. Αργότερα, το 1907-1910. Ο Λεμπέντεφ διεξήγαγε πιο ακριβή πειράματα για να μελετήσει την πίεση του φωτός στα αέρια και πέτυχε επίσης αποδεκτή συμφωνία με τη θεωρία.

Φυσική έννοια

Σύμφωνα με τις σημερινές έννοιες, το φως έχει δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου, δηλαδή εμφανίζει τις ιδιότητες των σωματιδίων (φωτόνια) και τις ιδιότητες των κυμάτων (ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία).

Αν θεωρήσουμε το φως ως ρεύμα φωτονίων, τότε, σύμφωνα με τις αρχές της κλασικής μηχανικής, τα σωματίδια, όταν χτυπούν ένα σώμα, πρέπει να μεταφέρουν ορμή σε αυτό, με άλλα λόγια να ασκούν πίεση. Αυτή η πίεση μερικές φορές ονομάζεται πίεση ακτινοβολίας.

Για να υπολογίσετε την ελαφριά πίεση, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον ακόλουθο τύπο:

πού είναι η ποσότητα της ενέργειας ακτινοβολίας που πέφτει κανονικά σε 1 m² επιφάνειας σε 1 s; - ταχύτητα φωτός, - συντελεστής ανάκλασης.

Εάν το φως πέσει υπό γωνία ως προς την κανονική, τότε η πίεση μπορεί να εκφραστεί με τον τύπο:

όπου είναι η ογκομετρική πυκνότητα ενέργειας ακτινοβολίας, είναι ο συντελεστής ανάκλασης, είναι το μοναδιαίο διάνυσμα της κατεύθυνσης της προσπίπτουσας δέσμης, είναι το μοναδιαίο διάνυσμα της κατεύθυνσης της ανακλώμενης δέσμης.

Για παράδειγμα, η εφαπτομενική συνιστώσα της δύναμης ελαφριάς πίεσης σε μια μονάδα επιφάνειας θα είναι ίση με:

Η κανονική συνιστώσα της δύναμης ελαφριάς πίεσης σε μια μονάδα επιφάνειας θα είναι ίση με:

Ο λόγος της κανονικής και της εφαπτομενικής συνιστώσας είναι ίσος με:

Εφαρμογή

Πιθανές εφαρμογές περιλαμβάνουν ηλιακό πανί και διαχωρισμό αερίου.

Σημειώσεις

Αέρας
Χρονόμετρο

Δείτε τι είναι η "Ελαφρύ πίεση" σε άλλα λεξικά:

Ελαφριά πίεση- Ελαφριά πίεση. Σχέδιο διαχωρισμού αερίων χρησιμοποιώντας πίεση συντονισμού φωτός (η συχνότητα του φωτός λέιζερ είναι ίση με τη συχνότητα της ατομικής μετάπτωσης). Τα άτομα συντονισμού υπό την επίδραση του φωτός, έχοντας λάβει μια κατευθυνόμενη ώθηση από κβάντα φωτός, θα πάνε στο μακρινό... ... Εικονογραφημένο εγκυκλοπαιδικό λεξικό

Ελαφριά πίεση- την πίεση που ασκεί το φως στα ανακλαστικά ή απορροφητικά σώματα. D. s. ανακαλύφθηκε και μετρήθηκε για πρώτη φορά πειραματικά από τον P. N. Lebedev (1899). Η αξία του D. s. ακόμα και για τις πιο δυνατές πηγές φωτός (Ήλιος, ηλεκτρικό τόξο) είναι αμελητέα... ... Μεγάλη Σοβιετική Εγκυκλοπαίδεια

ΕΛΑΦΡΑ ΠΙΕΣΗ- Πίεση που ασκείται από το φως σε σώματα που αντανακλούν ή απορροφούν το φως. Η ελαφριά πίεση είναι το αποτέλεσμα της μεταφοράς της ορμής σε ένα σώμα από φωτόνια που απορροφώνται ή ανακλώνται από αυτό. Όταν η ηλιακή ακτινοβολία δρα σε μακροσκοπικά σώματα, είναι εξαιρετικά μικρή... ... Μεγάλο Εγκυκλοπαιδικό Λεξικό

ΕΛΑΦΡΑ ΠΙΕΣΗ- (βλ. ΕΛΑΦΡΑ ΠΙΕΣΗ). Φυσικό εγκυκλοπαιδικό λεξικό. Μ.: Σοβιετική εγκυκλοπαίδεια. Αρχισυντάκτης A. M. Prokhorov. 1983... Φυσική εγκυκλοπαίδεια

ελαφριά πίεση- την πίεση που ασκεί το φως σε σώματα που αντανακλούν ή απορροφούν φως, σωματίδια, καθώς και μεμονωμένα μόρια και άτομα. Η υπόθεση για την πίεση του φωτός προτάθηκε για πρώτη φορά (1619) από τον I. Kepler για να εξηγήσει την απόκλιση των ουρών των κομητών που πετούν κοντά στον Ήλιο... ... εγκυκλοπαιδικό λεξικό

ελαφριά πίεση- šviesos slėgis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Slėgis, kurį kuria šviesa veikdama tam tikrą paviršių. ατιτικμενύς: αγγλ. ελαφριά πίεση vok. Lichtdruck, m rus. ελαφριά πίεση, n; ελαφριά πίεση, n pranc. πίεση από… Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

ελαφριά πίεση- šviesos slėgis statusas T sritis fizika atitikmenys: αγγλ. ελαφριά πίεση vok. Lichtdruck, m rus. ελαφριά πίεση, n; ελαφριά πίεση, n pranc. pression de la lumière, f … Fizikos terminų žodynas

ΕΛΑΦΡΑ ΠΙΕΣΗ- η πίεση που παράγεται από το φως σε σώματα που αντανακλούν ή απορροφούν φως, σωματίδια, καθώς και μέρη. μόρια και άτομα. Υπόθεση για τον D. s. εκφράστηκε για πρώτη φορά (1619) από τον I. Kepler για να εξηγήσει την εκτροπή της ουράς των κομητών που πετούν κοντά στον Ήλιο. Στα επίγεια...... Φυσικές Επιστήμες. εγκυκλοπαιδικό λεξικό

Ελαφριά πίεση- την πίεση που ασκεί το φως στη φωτισμένη επιφάνεια. Παίζει σημαντικό ρόλο στις κοσμικές διεργασίες (σχηματισμός ουρών κομήτη, ισορροπία μεγάλα αστέρια). Ο D.S. προέβλεψε το 1619 στη Γερμανία. αστρονόμος Ι. Κέπλερ. (1571 1630) και πειραματικά... ... Αστρονομικό Λεξικό

Αποδεικνύεται ότι η πίεση μπορεί να δημιουργηθεί όχι μόνο από στερεά, υγρά και αέρια. Πέφτοντας στην επιφάνεια του σώματος, η ελαφριά ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία ασκεί επίσης πίεση σε αυτό.

Θεωρία ελαφριάς πίεσης

Γιοχάνες Κέπλερ

Για πρώτη φορά έγινε η υπόθεση ότι υπάρχει ελαφριά πίεση Ο Γερμανός επιστήμονας Johannes Keplerτον 17ο αιώνα. Ενώ μελετούσε τη συμπεριφορά των κομητών που πετούν κοντά στον Ήλιο, παρατήρησε ότι η ουρά του κομήτη αποκλίνει πάντα προς την αντίθετη κατεύθυνση από τον Ήλιο. Ο Κέπλερ θεώρησε ότι κατά κάποιο τρόπο αυτή η απόκλιση προκλήθηκε από την έκθεση στο ηλιακό φως.

Η θεωρητική ύπαρξη ελαφριάς πίεσης είχε προβλεφθεί τον 19ο αιώνα Ο Βρετανός φυσικός James Clerk Maxwell, ο οποίος δημιούργησε την ηλεκτρομαγνητική θεωρία και υποστήριξε ότι το φως είναι επίσης ηλεκτρομαγνητικές δονήσεις και ότι πρέπει να ασκεί πίεση στα εμπόδια.

James Clerk Maxwell

Το φως είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα. Δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο, υπό την επίδραση του οποίου τα ηλεκτρόνια σε ένα σώμα που συναντά στη διαδρομή του ταλαντώνονται. Ένα ηλεκτρικό ρεύμα εμφανίζεται στο σώμα, κατευθυνόμενο κατά μήκος της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου. Απο έξω μαγνητικό πεδίοδρα στα ηλεκτρόνια Δύναμη Lorentz. Η κατεύθυνσή του συμπίπτει με την κατεύθυνση διάδοσης του φωτεινού κύματος. Αυτή η δύναμη είναι ελαφριά δύναμη πίεσης .

Σύμφωνα με τους υπολογισμούς του Maxwell, το ηλιακό φως παράγει μια πίεση ορισμένης τιμής σε μια μαύρη πλάκα που βρίσκεται στη Γη (p = 4 · 10 -6 N/m 2). Και αν αντί για μια μαύρη πλάκα πάρετε μια ανακλαστική, τότε η πίεση του φωτός θα είναι 2 φορές μεγαλύτερη.

Αλλά αυτό ήταν απλώς μια θεωρητική υπόθεση. Για να το αποδείξουμε, ήταν απαραίτητο να επιβεβαιωθεί η θεωρία με ένα πρακτικό πείραμα, δηλαδή να μετρηθεί η τιμή της ελαφριάς πίεσης. Επειδή όμως η αξία του είναι πολύ μικρή, είναι εξαιρετικά δύσκολο να γίνει αυτό στην πράξη.

Πιοτρ Νικολάεβιτς Λεμπέντεφ

Στην πράξη αυτό έγινε Ο Ρώσος πειραματικός φυσικός Pyotr Nikolaevich Lebedev. Ένα πείραμα που διεξήγαγε το 1899 επιβεβαίωσε την υπόθεση του Maxwell ότι υπάρχει ελαφριά πίεση στα στερεά.

Η εμπειρία του Λεμπέντεφ

Σχηματική αναπαράσταση του πειράματος του Λεμπέντεφ

Για να πραγματοποιήσει το πείραμά του, ο Λεμπέντεφ δημιούργησε μια ειδική συσκευή, η οποία ήταν ένα γυάλινο δοχείο. Μια ελαφριά ράβδος πάνω σε μια λεπτή γυάλινη κλωστή τοποθετήθηκε μέσα στο δοχείο. Στις άκρες αυτής της ράβδου ήταν στερεωμένα λεπτά, ελαφριά φτερά από διάφορα μέταλλα και μαρμαρυγία. Αέρας αντλήθηκε από το σκάφος. Χρησιμοποιώντας ειδικά οπτικά συστήματα που αποτελούνταν από πηγή φωτός και καθρέφτες, η δέσμη φωτός κατευθύνθηκε στα φτερά που βρίσκονται στη μία πλευρά της ράβδου. Υπό την επίδραση της ελαφριάς πίεσης, η ράβδος περιστράφηκε και το νήμα συστράφηκε σε μια ορισμένη γωνία. Το μέγεθος της φωτεινής πίεσης προσδιορίστηκε από το μέγεθος αυτής της γωνίας.

Συσκευή Lebedev

Αλλά αυτό το πείραμα δεν έδωσε ακριβή αποτελέσματα. Η πραγματοποίησή της είχε τις δικές της δυσκολίες. Δεδομένου ότι οι αντλίες κενού δεν υπήρχαν εκείνη την εποχή, χρησιμοποιούσαν συνηθισμένες μηχανικές. Και με τη βοήθειά τους ήταν αδύνατο να δημιουργηθεί ένα απόλυτο κενό στο σκάφος. Ακόμη και μετά την άντλησή του, παρέμεινε λίγος αέρας μέσα του. Τα φτερά και τα τοιχώματα του αγγείου θερμάνονταν διαφορετικά. Η πλευρά που βλέπει τη δέσμη φωτός θερμαίνεται πιο γρήγορα. Και αυτό προκάλεσε την κίνηση των μορίων του αέρα. Ρεύματα θερμότερου αέρα ανέβηκαν προς τα πάνω. Δεδομένου ότι είναι αδύνατο να τοποθετηθούν τα φτερά απολύτως κάθετα, αυτές οι ροές δημιούργησαν πρόσθετες ροπές. Επιπλέον, τα ίδια τα φτερά δεν θερμάνθηκαν εξίσου. Η πλευρά που κοιτούσε την πηγή φωτός έγινε πιο ζεστή. Ως αποτέλεσμα, υπήρξε μια πρόσθετη επίδραση στη γωνία περιστροφής του νήματος.

Για να γίνει το πείραμα πιο ακριβές, ο Λεμπέντεφ πήρε ένα πολύ μεγάλο σκάφος. Έφτιαξε το φτερό από δύο ζεύγη πολύ λεπτών κύκλων πλατίνας. Επιπλέον, το πάχος των κύκλων του ενός ζεύγους διέφερε από το πάχος των κύκλων του άλλου ζεύγους. Στη μία πλευρά της ράβδου, οι κύκλοι ήταν γυαλιστεροί και από τις δύο πλευρές, από την άλλη, η μία πλευρά ήταν καλυμμένη με πλατινένιο νιέλο. Δέσμες φωτός κατευθύνονταν προς αυτά από τη μία ή την άλλη πλευρά για να εξισορροπήσουν τις δυνάμεις που δρούσαν στα φτερά. Ως αποτέλεσμα, μετρήθηκε η ελαφριά πίεση στα φτερά. Τα πειραματικά αποτελέσματα επιβεβαίωσαν τις θεωρητικές υποθέσεις του Maxwell σχετικά με την ύπαρξη ελαφριάς πίεσης. Και το μέγεθός του ήταν σχεδόν το ίδιο με αυτό που είχε προβλέψει ο Maxwell.

Το 1907 - 1910 Χρησιμοποιώντας πιο ακριβή πειράματα, ο Lebedev μέτρησε την πίεση του φωτός στα αέρια.

Το φως, όπως κάθε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, έχει ενέργεια μι .

Η ορμή του p = Ε v / γ 2 ,

Οπου v - ταχύτητα ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας,

ντο - ταχύτητα του φωτός.

Επειδή v = Με , Οτι p = E/s .

Με την έλευση κβαντική θεωρίατο φως άρχισε να θεωρείται ως ένα ρεύμα φωτονίων - στοιχειώδη σωματίδια, κβάντα φωτός. Όταν χτυπούν ένα σώμα, τα φωτόνια μεταφέρουν την ορμή τους σε αυτό, ασκούν δηλαδή πίεση.

Ηλιακό πανί

Φρίντριχ Αρτούροβιτς Ζάντερ

Αν και η ποσότητα της ελαφριάς πίεσης είναι πολύ μικρή, ωστόσο, μπορεί να είναι ευεργετική για ένα άτομο.

Πίσω στο 1920 Ο Σοβιετικός επιστήμονας και εφευρέτης Φρίντριχ Αρτούροβιτς Ζάντερ, ένας από τους δημιουργούς του πρώτου πυραύλου υγρού καυσίμου, πρότεινε την ιδέα να πετάξει στο διάστημα χρησιμοποιώντας ηλιακό πανί . Ήταν πολύ απλή. Το ηλιακό φως αποτελείται από φωτόνια. Και δημιουργούν πίεση, μεταφέροντας την ώθησή τους σε οποιαδήποτε φωτισμένη επιφάνεια. Επομένως, η πίεση που δημιουργείται από το ηλιακό φως ή ένα λέιζερ σε μια επιφάνεια καθρέφτη μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την προώθηση ενός διαστημικού σκάφους. Ένα τέτοιο πανί δεν απαιτεί καύσιμο πυραύλων και η διάρκειά του είναι απεριόριστη. Και αυτό θα σας επιτρέψει να πάρετε περισσότερο φορτίο σε σύγκριση με το συνηθισμένο ΔΙΑΣΤΗΜΟΠΛΟΙΟμε κινητήρα τζετ.

Ηλιακό πανί

Αλλά μέχρι στιγμής αυτά είναι μόνο έργα για τη δημιουργία αστροπλοίων με κύριο κινητήρα ένα ηλιακό πανί.

Μία από τις πειραματικές επιβεβαιώσεις της παρουσίας ορμής στα φωτόνια είναι η ύπαρξη ελαφριάς πίεσης (πειράματα Lebedev).

Επεξήγηση κυμάτων (σύμφωνα με τον Maxwell): αλληλεπίδραση επαγόμενων ρευμάτων με το μαγνητικό πεδίο του κύματος.

Από κβαντική άποψη, η πίεση του φωτός σε μια επιφάνεια οφείλεται στο γεγονός ότι κατά τη σύγκρουση με αυτήν την επιφάνεια, κάθε φωτόνιο μεταφέρει την ορμή του σε αυτήν. Δεδομένου ότι ένα φωτόνιο μπορεί να κινηθεί με την ταχύτητα του φωτός μόνο στο κενό, η ανάκλαση του φωτός από την επιφάνεια ενός σώματος θα πρέπει να θεωρείται ως διαδικασία «επανεκπομπής» φωτονίων - ένα προσπίπτον φωτόνιο απορροφάται από την επιφάνεια και στη συνέχεια εκπέμπεται εκ νέου από αυτό με την αντίθετη φορά της ορμής.

Ας εξετάσουμε την ελαφριά πίεση που ασκείται στην επιφάνεια ενός σώματος από μια ροή μονοχρωματικής ακτινοβολίας που προσπίπτει κάθετα στην επιφάνεια.

Αφήστε ανά μονάδα χρόνου ανά μονάδα επιφάνειας του σώματος να πέσει Πφωτόνια. Αν ο συντελεστής ανάκλασης φωτός από την επιφάνεια του σώματος είναι ίσος με R,Οτι Rn φωτόνια ανακλώνται και (1 –R) p- απορροφάται. Κάθε ανακλώμενο φωτόνιο μεταφέρει στον τοίχο μια ώθηση ίση με 2р f =2hv/c (κατά την ανάκλαση, η ορμή του φωτονίου αλλάζει σε – r f). Κάθε απορροφούμενο φωτόνιο μεταφέρει την ορμή του στον τοίχο r f =hv/c .Η ελαφριά πίεση στην επιφάνεια είναι ίση με την ώθηση που εκπέμπουν όλες οι επιφάνειες σε 1 s Πφωτόνια:

, (11-12)

Οπου I=nhv – την ενέργεια όλων των φωτονίων που προσπίπτουν σε μια μονάδα επιφάνειας ανά μονάδα χρόνου, δηλαδή η ένταση του φωτός, και w=I/c – ογκομετρική ενεργειακή πυκνότητα προσπίπτουσας ακτινοβολίας. Αυτός ο τύπος δοκιμάστηκε πειραματικά και επιβεβαιώθηκε στα πειράματα του Lebedev.

4. Αέριο φωτονίων. Μποζόνια. Κατανομή Bose–Einstein.

Ας θεωρήσουμε το φως ως μια συλλογή φωτονίων που βρίσκονται μέσα σε μια κλειστή κοιλότητα με τοιχώματα καθρέφτη. Η πίεση του φωτός σε μια κατοπτρικά ανακλώσα επιφάνεια θα πρέπει να είναι η ίδια όπως θα ήταν αν τα φωτόνια ανακλώνονταν κατοπτρικά από την επιφάνεια σαν απολύτως ελαστικές σφαίρες.

Ας βρούμε την πίεση που ασκείται σε ιδανικά ανακλαστικά τοιχώματα| κλειστή κοιλότητα.

Για λόγους απλότητας, υποθέτουμε ότι η κοιλότητα έχει σχήμα κύβου. Λόγω της ισοτροπίας της ακτινοβολίας, μπορούμε να υποθέσουμε ότι όλες οι κατευθύνσεις της κίνησης των φωτονίων είναι εξίσου πιθανές. Δεν υπάρχει αλληλεπίδραση μεταξύ των φωτονίων (η συχνότητά τους δεν αλλάζει κατά τις συγκρούσεις). Επομένως, τα φωτόνια κινούνται σαν μόρια ενός ιδανικού μονοατομικού αερίου.

Βρίσκουμε την πίεση ενός ιδανικού αερίου στα τοιχώματα της κοιλότητας από τη βασική εξίσωση της κινητικής θεωρίας των αερίων:

Αλλά για φωτόνια m=hv i /c 2 , υ i=с και επομένως mυ i 2 = hv i.Ετσι,

Οπου Wείναι η συνολική ενέργεια όλων των φωτονίων στην κοιλότητα και η πίεση στα τοιχώματά της

Εδώ w-ογκομετρική πυκνότητα ενέργειας ακτινοβολίας. Αν τα φωτόνια μέσα στην κοιλότητά μας έχουν συχνότητες από 0 έως ∞, τότε wμπορεί να προσδιοριστεί από τον τύπο:

(11-14)

Εδώ ρ(ν) - ογκομετρική πυκνότητα ενέργειας ακτινοβολίας στο εύρος συχνοτήτων από ν έως ν+dν.

Λειτουργία ρ(ν) βρίσκεται χρησιμοποιώντας μια ειδική κβαντική κατανομή φωτονίων ανά ενέργεια (συχνότητα), - διανομή Μποσέ-Αϊνστάιν (Β-Ε).

1. Σε αντίθεση με την κατανομή Maxwell, η οποία χαρακτηρίζει την κατανομή των σωματιδίων στο χώρο ταχύτητας (ορμή), η κβαντική κατανομή περιγράφει τις ενέργειες των σωματιδίων στο χώρο της φάσης που σχηματίζεται από τη ροπή και τις συντεταγμένες των σωματιδίων.

2. Ο στοιχειώδης όγκος του χώρου φάσης είναι ίσος με (ας πολλαπλασιάσουμε όλες τις αυξήσεις συντεταγμένων):

3. Ο όγκος ανά κατάσταση είναι ίσος με η 3 .

4. Αριθμός κρατών dg iΗ ακτινοβολία που βρίσκεται στον όγκο της στοιχειώδους φάσης στην κβαντική στατιστική λαμβάνεται με διαίρεση του όγκου (11-15) με η 3:

5. Διανομή ΕΙΝΑΙ συστήματα σωματιδίων με ακέραιο σπιν υπακούουν. Πήραν το όνομα μποζόνια. Αυτά τα σωματίδια περιλαμβάνουν επίσης φωτόνια. Το γύρισμα τους παίρνει ακέραιες τιμές. Η γωνιακή ορμή του φωτονίου παίρνει την τιμή mh/2π, Οπου Μ = 1. 2,3… Η συνάρτηση κατανομής Bose-Einstein για φωτόνια έχει τη μορφή:

, (11-16)

Οπου. ΔN – αριθμός φωτονίων σε όγκο dV, n i - μέσος αριθμός σωματιδίων σε μια ενεργειακή κατάσταση με ενέργεια W iη οποία ονομάζεται κ - Σταθερά Boltzmann, Τ– απόλυτη θερμοκρασία. Ο συντελεστής 2 εμφανίζεται λόγω της παρουσίας δύο πιθανών κατευθύνσεων πόλωσης του φωτός (αριστερά και δεξιά περιστροφή του επιπέδου πόλωσης).

Συνολικός αριθμός καταστάσεων σε όγκο V(μετά την ολοκλήρωση πάνω από τον όγκο και τη χρήση των σχέσεων μεταξύ της ορμής του φωτονίου Rκαι την ενέργειά του W,νр =hv/c, W= hv ):

όπου ν είναι η συχνότητα, Με -ταχύτητα φωτός στο κενό.

Αριθμός φωτονίων με ενέργεια από Wπριν W+dWσε όγκο V:

Βρίσκουμε την ογκομετρική πυκνότητα ενέργειας ακτινοβολίας στο εύρος συχνοτήτων από ν έως ν +dν πολλαπλασιάζοντας (11-16) με την ενέργεια ενός φωτονίου hν :

. (11-18)

Βρίσκουμε την πίεση ακτινοβολίας χρησιμοποιώντας τους τύπους (11-13), (11-14) και (11-18):

Εξίσωση κατάστασης για την ακτινοβολία:

Ενέργεια ακτινοβολίας από τον όγκο V (νόμος Stefan-Boltzmann):

Η σχέση μεταξύ ενεργειακής φωτεινότητας και ογκομετρικής πυκνότητας ενέργειας ακτινοβολίας (ακολουθεί μια σύγκριση του τύπου Planck με τον τύπο (11-18):

R E (ν,T)= (c/4)ρ(ν,T).

48. Στοιχεία κβαντικής οπτικής. Ενέργεια, μάζα και ορμή ενός φωτονίου. Παραγωγή του τύπου για την πίεση του φωτός με βάση τις κβαντικές ιδέες για τη φύση του φωτός.

Έτσι, η διάδοση του φωτός δεν πρέπει να θεωρείται ως συνεχής διάδοση κυμάτων

διαδικασία, αλλά ως ένα ρεύμα διακριτών σωματιδίων που εντοπίζονται στο χώρο, που κινούνται με την ταχύτητα διάδοσης του φωτός στο κενό. Στη συνέχεια (το 1926) αυτά τα σωματίδια ονομάστηκαν φωτόνια. Τα φωτόνια έχουν όλες τις ιδιότητες ενός σωματιδίου (σωμάτιο).

Η ανάπτυξη της υπόθεσης του Planck οδήγησε στη δημιουργία ιδεών για κβαντικές ιδιότητεςΣβέτα. Τα κβάντα φωτός ονομάζονται φωτόνια. Σύμφωνα με το νόμο της αναλογικότητας μάζας και ενέργειας και την υπόθεση του Planck, η ενέργεια των φωτονίων καθορίζεται από τους τύπους

Εξισώνοντας τις δεξιές πλευρές αυτών των εξισώσεων, λαμβάνουμε μια έκφραση για τη μάζα των φωτονίων

ή λαμβάνοντας υπόψη ότι,

Η ορμή του φωτονίου προσδιορίζεται από τους τύπους:

Η υπόλοιπη μάζα του φωτονίου είναι μηδέν. Ένα κβάντο ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας υπάρχει μόνο με τη διάδοση με την ταχύτητα του φωτός, ενώ διαθέτει πεπερασμένες τιμές ενέργειας και ορμής. Στο μονοχρωματικό φως με συχνότητα ν, όλα τα φωτόνια έχουν την ίδια ενέργεια, ορμή και μάζα.

Ελαφριά πίεση

Η φωτεινή ακτινοβολία μπορεί να μεταφέρει την ενέργειά της στο σώμα με τη μορφή μηχανικής πίεσης.

Απέδειξε ότι το φως που απορροφάται πλήρως από μια μαυρισμένη πλάκα ασκεί μια δύναμη πάνω της. Η ελαφριά πίεση εκδηλώνεται στο γεγονός ότι μια κατανεμημένη δύναμη δρα στη φωτισμένη επιφάνεια ενός σώματος προς την κατεύθυνση της διάδοσης του φωτός, ανάλογη με την πυκνότητα της φωτεινής ενέργειας και ανάλογα με τις οπτικές ιδιότητες της επιφάνειας.

Ως αποτέλεσμα της εφαρμογής των νόμων της μηχανικής στις οπτικές μετρήσεις του Lebedev, προέκυψε μια εξαιρετικά σημαντική σχέση, η οποία έδειξε ότι η ενέργεια είναι πάντα ισοδύναμη με τη μάζα. Ο Αϊνστάιν ήταν ο πρώτος που επεσήμανε ότι η εξίσωση mc 2 = E είναι καθολική και θα έπρεπε να ισχύει για κάθε τύπο ενέργειας.

Αυτό το φαινόμενο μπορεί να εξηγηθεί από τη σκοπιά τόσο της κυματικής όσο και της σωματικής έννοιας της φύσης του φωτός. Στην πρώτη περίπτωση, αυτό είναι το αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης ηλεκτρικό ρεύμαπου προκαλείται στο σώμα ηλεκτρικό πεδίοκύμα φωτός, με το μαγνητικό του πεδίο σύμφωνα με το νόμο του Ampere. Τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία ενός φωτεινού κύματος, μεταβαλλόμενα περιοδικά στο χώρο και το χρόνο, όταν αλληλεπιδρούν με την επιφάνεια μιας ουσίας, ασκούν δύναμη στα ηλεκτρόνια των ατόμων της ουσίας. Το ηλεκτρικό πεδίο του κύματος προκαλεί ταλάντωση των ηλεκτρονίων. Η δύναμη Lorentz από το μαγνητικό πεδίο του κύματος κατευθύνεται κατά μήκος της κατεύθυνσης διάδοσης του κύματος και είναι ελαφριά δύναμη πίεσης. Η κβαντική θεωρία εξηγεί την πίεση του φωτός από το γεγονός ότι τα φωτόνια έχουν μια ορισμένη ορμή και, όταν αλληλεπιδρούν με την ύλη, μεταφέρουν μέρος της ορμής στα σωματίδια της ουσίας, ασκώντας έτσι πίεση στην επιφάνειά της (μπορεί να γίνει μια αναλογία με τις κρούσεις των μορίων στο τοίχωμα ενός δοχείου, στο οποίο η ορμή που μεταφέρεται στο τοίχωμα καθορίζει την πίεση του αερίου στο δοχείο).

Όταν απορροφώνται, τα φωτόνια μεταφέρουν την ορμή τους στο σώμα με το οποίο αλληλεπιδρούν. Αυτό είναι που προκαλεί ελαφριά πίεση.

Ας προσδιορίσουμε την πίεση του φωτός σε μια επιφάνεια χρησιμοποιώντας την κβαντική θεωρία της ακτινοβολίας.

Αφήστε ακτινοβολία με συχνότητα ν να πέσει κάθετα σε κάποια επιφάνεια (Εικ. 5). Αφήστε αυτή την ακτινοβολία, που αποτελείται από N φωτόνια, να πέσει στην επιφάνεια ενός επιπέδου

εφεδρικό ∆ S για χρόνο ∆ t. Η επιφάνεια απορροφά φωτόνια N 1 και ανακλάται

Xia N 2, δηλ. N = N 1 + N 2.

	Συνέχεια 48
Κάθε απορροφούμενο φωτόνιο (ανελαστική κρούση) μεταφέρει ορμή στην επιφάνεια			Και όλοι από...
το επηρεασμένο φωτόνιο (ελαστική κρούση) μεταφέρει ορμή σε αυτό		Στη συνέχεια μεταδίδονται όλα τα προσπίπτοντα φωτόνια
		Στη συνέχεια μεταδίδονται όλα τα προσπίπτοντα φωτόνια
φυσούν μια ώθηση ίση με
φυσούν μια ώθηση ίση με
Σε αυτή την περίπτωση, το φως θα δράσει στην επιφάνεια με δύναμη

εκείνοι. ασκούν πίεση

Πολλαπλασιάζουμε και διαιρούμε τη δεξιά πλευρά αυτής της ισότητας με το Ν, παίρνουμε

Τελικά

πού είναι η ενέργεια όλων των Ν φωτονίων που προσπίπτουν ανά μονάδα επιφάνειας ανά μονάδα χρόνου, μέγεθος-

ness; - συντελεστής ανάκλασης.

Για μαύρη επιφάνεια ρ = 0 και η πίεση θα είναι ίση με .

Αντιπροσωπεύει την ογκομετρική ενεργειακή πυκνότητα, τη διάστασή της .

Τότε η συγκέντρωση n φωτονίων σε μια δέσμη που προσπίπτει στην επιφάνεια θα είναι

Αντικαθιστώντας το (2.2) στην εξίσωση ελαφριάς πίεσης, λαμβάνουμε

Η πίεση που παράγεται από το φως όταν πέφτει σε μια επίπεδη επιφάνεια μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο

όπου E είναι η ένταση της επιφανειακής ακτινοβολίας (ή του φωτισμού), c είναι η ταχύτητα διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στο κενό, α, είναι το κλάσμα της προσπίπτουσας ενέργειας που απορροφάται από το σώμα (συντελεστής απορρόφησης

tion), ρ είναι το κλάσμα της προσπίπτουσας ενέργειας που ανακλάται από το σώμα (συντελεστής ανάκλασης), θ είναι η γωνία μεταξύ της κατεύθυνσης της ακτινοβολίας και της κανονικής προς την ακτινοβολούμενη επιφάνεια. Αν το σώμα δεν είναι διάφανο, δηλαδή τα πάντα

Η προσπίπτουσα ακτινοβολία ανακλάται και απορροφάται, τότε α +ρ =1.

49 Στοιχεία κβαντικής οπτικής. Εφέ Compton. Δυαλισμός σωματιδίου-κύματος φωτός (ακτινοβολία).

3) Κύμα-σωμάτιο δυϊσμός ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας

Έτσι, η μελέτη της θερμικής ακτινοβολίας, του φωτοηλεκτρικού φαινομένου και του φαινομένου Compton έδειξε ότι η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (ιδίως το φως) έχει όλες τις ιδιότητες ενός σωματιδίου (σωμάτιο). Ωστόσο, μια μεγάλη ομάδα οπτικών φαινομένων - παρεμβολή, περίθλαση, πόλωση δείχνει ιδιότητες κυμάτωνηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, ιδιαίτερα το φως.

Τι συνιστά φως - συνεχή ηλεκτρομαγνητικά κύματα που εκπέμπονται από μια πηγή ή ένα ρεύμα διακριτών φωτονίων, τυχαία για ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα, δεν αποκλείει τις διακριτές ιδιότητες που είναι χαρακτηριστικές των φωτονίων.

Το φως (ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία) έχει ταυτόχρονα τις ιδιότητες των συνεχών ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και τις ιδιότητες των διακριτών φωτονίων. Αυτός είναι ο δυισμός σωματιδίου-κύματος (δυαδικότητα) της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

2) Εφέ ComptonΣυνίσταται στην αύξηση του μήκους κύματος της ακτινοβολίας ακτίνων Χ όταν σκεδάζεται από την ύλη. Αλλαγή μήκους κύματος

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

όπου k =h/(mc) είναι το μήκος κύματος Compton, m είναι η μάζα ηρεμίας του

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

Όλα τα χαρακτηριστικά του φαινομένου Compton εξηγήθηκαν θεωρώντας τη σκέδαση ως μια διαδικασία ελαστικής σύγκρουσης φωτονίων ακτίνων Χ με ελεύθερα ηλεκτρόνια, στην οποία τηρούνται ο νόμος της διατήρησης της ενέργειας και ο νόμος της διατήρησης της ορμής.

Σύμφωνα με την (9), η αλλαγή στο μήκος κύματος εξαρτάται μόνο από τη γωνία σκέδασης και δεν εξαρτάται ούτε από το μήκος κύματος των ακτίνων Χ ούτε από τον τύπο της ουσίας.

1) Στοιχεία κβαντικής οπτικής.Φωτόνια, ενέργεια, μάζα και ορμή ενός φωτονίου

Για να εξηγήσει την κατανομή της ενέργειας στο φάσμα της θερμικής ακτινοβολίας, ο Planck υπέθεσε ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα εκπέμπονται σε τμήματα (κβάντα). Ο Αϊνστάιν το 1905 κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η ακτινοβολία όχι μόνο εκπέμπεται, αλλά και διαδίδεται και απορροφάται με τη μορφή κβαντών. Αυτό το συμπέρασμα κατέστησε δυνατή την εξήγηση όλων των πειραματικών γεγονότων (φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, φαινόμενο Compton, κ.λπ.) που δεν μπορούσαν να εξηγηθούν από την κλασική ηλεκτροδυναμική, με βάση τις κυματικές έννοιες των ιδιοτήτων της ακτινοβολίας. Έτσι, η διάδοση του φωτός δεν πρέπει να θεωρείται ως μια διαδικασία συνεχούς κύματος, αλλά ως μια ροή διακριτών σωματιδίων που εντοπίζονται στο χώρο, που κινούνται με την ίδια ταχύτητα με τη διάδοση του φωτός στο κενό. Στη συνέχεια (το 1926) αυτά τα σωματίδια ονομάστηκαν φωτόνια. Τα φωτόνια έχουν όλες τις ιδιότητες ενός σωματιδίου (σωμάτιο).

1. Ενέργεια φωτονίων

Επομένως, η σταθερά του Planck ονομάζεται μερικές φορές κβάντο δράσης. Η διάσταση συμπίπτει, για παράδειγμα, με τη διάσταση της γωνιακής ορμής (L=r mv).

Όπως προκύπτει από το (1), η ενέργεια των φωτονίων αυξάνεται με την αύξηση της συχνότητας (ή τη μείωση του μήκους κύματος),

2. Η μάζα των φωτονίων προσδιορίζεται με βάση το νόμο για τη σχέση μεταξύ μάζας και ενέργειας (E=mc 2)

3.Photon impulse. Για κάθε σχετικιστικό σωματίδιο η ενέργειά του Εφόσον το φωτόνιο έχει m 0 =0, τότε η ορμή του φωτονίου

εκείνοι. το μήκος κύματος είναι αντιστρόφως ανάλογο της ορμής

50. Πυρηνικό μοντέλο του ατόμου κατά τον Rutherford. Φάσμα ατόμου υδρογόνου. Γενικευμένη φόρμουλα Balmer. Φασματική σειρά του ατόμου υδρογόνου. Η έννοια του τέρμα.

1) Ο Ράδερφορντ πρότεινε το πυρηνικό μοντέλο του ατόμου. Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, ένα άτομο αποτελείται από έναν θετικό πυρήνα με φορτίο Ze (Z - σειριακός αριθμόςστοιχείο στον περιοδικό πίνακα, e - στοιχειώδες φορτίο), μέγεθος 10 -5 -10 -4 A (1A = 10 -10 m) και μάζα σχεδόν ίση με τη μάζα ενός ατόμου. Τα ηλεκτρόνια κινούνται γύρω από τον πυρήνα σε κλειστές τροχιές, σχηματίζοντας νέφος ηλεκτρονίωνάτομο. Δεδομένου ότι τα άτομα είναι ουδέτερα, τα ηλεκτρόνια Ζ πρέπει να περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα, το συνολικό φορτίο του οποίου είναι Zе. Οι διαστάσεις ενός ατόμου καθορίζονται από τις διαστάσεις των εξωτερικών τροχιών των ηλεκτρονίων και είναι της τάξης των μονάδων του Α.

Η μάζα των ηλεκτρονίων αποτελεί ένα πολύ μικρό κλάσμα της μάζας του πυρήνα (0,054% για το υδρογόνο, λιγότερο από 0,03% για τα άλλα στοιχεία). Η έννοια του "μέγεθος ηλεκτρονίων" δεν μπορεί να διατυπωθεί με συνέπεια, αν και το ro 10-3 A ονομάζεται κλασική ακτίνα ηλεκτρονίων. Άρα, ο πυρήνας ενός ατόμου καταλαμβάνει ένα ασήμαντο μέρος του όγκου του ατόμου και σχεδόν ολόκληρη (99,95%) μάζα του ατόμου συγκεντρώνεται σε αυτόν. Αν οι πυρήνες των ατόμων βρίσκονταν κοντά ο ένας στον άλλο, τότε η υδρόγειος θα είχε ακτίνα 200 m και όχι 6400 km (πυκνότητα ύλης

ατομικοί πυρήνες 1.8

2) Φάσμα γραμμής ατόμου υδρογόνου

Το φάσμα εκπομπής του ατομικού υδρογόνου αποτελείται από μεμονωμένες φασματικές γραμμές, οι οποίες είναι διατεταγμένες με μια συγκεκριμένη σειρά. Το 1885, ο Balmer ανακάλυψε ότι τα μήκη κύματος (ή οι συχνότητες) αυτών των γραμμών μπορούν να αναπαρασταθούν από τον τύπο.

, (9)

όπου R =1,0974 7 m -1 ονομάζεται και σταθερά Rydberg.

Στο Σχ. Το σχήμα 1 δείχνει ένα διάγραμμα των ενεργειακών επιπέδων του ατόμου υδρογόνου, που υπολογίζονται σύμφωνα με το (6) σε z=1.

Όταν ένα ηλεκτρόνιο μετακινείται από υψηλότερα επίπεδα ενέργειας στο επίπεδο n = 1, εμφανίζεται υπεριώδης ακτινοβολία ή ακτινοβολία σειράς Lyman (SL).

Όταν τα ηλεκτρόνια μετακινούνται στο επίπεδο n = 2, εμφανίζεται ορατή ακτινοβολία ή ακτινοβολία σειράς Balmer (SB).

Όταν τα ηλεκτρόνια κινούνται από περισσότερα υψηλά επίπεδαανά επίπεδο n =

Εμφανίζεται 3 υπέρυθρη ακτινοβολία ή ακτινοβολία σειράς Paschen (SP) κ.λπ.

Οι συχνότητες ή τα μήκη κύματος της προκύπτουσας ακτινοβολίας προσδιορίζονται από τους τύπους (8) ή (9) με m=1 για τη σειρά Lyman, με m=2 για τη σειρά Balmer και με m = 3 για τη σειρά Paschen. Η ενέργεια των φωτονίων προσδιορίζεται από τον τύπο (7), ο οποίος, λαμβάνοντας υπόψη το (6), μπορεί να αναχθεί για άτομα που μοιάζουν με υδρογόνο στη μορφή:

eV (10)

50 συνέχισε

4) Φασματική σειρά υδρογόνου- ένα σύνολο φασματικών σειρών που συνθέτουν το φάσμα ενός ατόμου υδρογόνου. Δεδομένου ότι το υδρογόνο είναι το απλούστερο άτομο, οι φασματικές σειρές του είναι οι πιο μελετημένες. Υπακούουν καλά στον τύπο του Rydberg:

όπου R = 109.677 cm−1 είναι η σταθερά Rydberg για το υδρογόνο, n′ είναι το κύριο επίπεδο της σειράς. Φασματικές γραμμές που προκύπτουν κατά τη μετάβαση στο κύριο επίπεδο ενέργειας,

ονομάζονται ηχηρά, όλα τα άλλα ονομάζονται δευτερεύοντα.

Σειρά Lyman

Ανακαλύφθηκε από τον T. Lyman το 1906. Όλες οι γραμμές της σειράς είναι στην περιοχή υπεριώδους. Η σειρά αντιστοιχεί στον τύπο Rydberg με n′ = 1 και n = 2, 3, 4,

Σειρά Balmer

Ανακαλύφθηκε από τον I. Ya. Balmer το 1885. Οι τέσσερις πρώτες γραμμές της σειράς βρίσκονται στο ορατό εύρος. Η σειρά αντιστοιχεί στον τύπο Rydberg με n′ = 2 και n = 3, 4, 5

5) Φασματικός όρος ή ηλεκτρονικός όροςατόμου, μορίου ή ιόντων - διαμόρφωση

ραδιόφωνο (κατάσταση) του ηλεκτρονικού υποσυστήματος, που καθορίζει το επίπεδο ενέργειας. Μερικές φορές η λέξη όρος νοείται ως η πραγματική ενέργεια ενός δεδομένου επιπέδου. Οι μεταβάσεις μεταξύ των όρων καθορίζουν τα φάσματα εκπομπής και απορρόφησης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

Οι όροι ενός ατόμου συνήθως συμβολίζονται με κεφαλαία γράμματα S, P, D, F κ.λπ., που αντιστοιχούν στην τιμή του κβαντικού αριθμού τροχιακή γωνιακή ορμή L =0, 1, 2, 3, κλπ. Ο κβαντικός αριθμός της συνολικής γωνιακής ορμής J δίνεται από τον δείκτη κάτω δεξιά. Ο μικρός αριθμός επάνω αριστερά δείχνει την πολλαπλότητα ( πολλαπλότητα) τέρμα. Για παράδειγμα, το ²P 3/2 είναι διπλό P. Μερικές φορές (κατά κανόνα, για άτομα και ιόντα ενός ηλεκτρονίου) ο όρος σύμβολο υποδεικνύεται με κύριος κβαντικός αριθμός(για παράδειγμα, 2²S 1/2).

ΠΙΕΣΗ CBETA, η πίεση που ασκείται από το φως σε ανακλαστικά και απορροφητικά σώματα, σωματίδια και μεμονωμένα μόρια και άτομα. μία από τις στοχαστικές ενέργειες του φωτός που σχετίζεται με τη μεταφορά της ώθησης ηλεκτρομαγνητικό πεδίοουσία. Η υπόθεση για την ύπαρξη ελαφριάς πίεσης διατυπώθηκε για πρώτη φορά από τον I. Kepler τον 17ο αιώνα για να εξηγήσει την απόκλιση των ουρών των κομητών από τον Ήλιο. Η θεωρία της φωτεινής πίεσης στο πλαίσιο της κλασικής ηλεκτροδυναμικής δόθηκε από τον J. C. Maxwell το 1873. Σε αυτήν, η φωτεινή πίεση εξηγείται από τη σκέδαση και την απορρόφηση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων από σωματίδια ύλης. Στο πλαίσιο της κβαντικής θεωρίας, η πίεση του φωτός είναι το αποτέλεσμα της μεταφοράς της ορμής από φωτόνια στο σώμα.

Με κανονική πρόσπτωση φωτός στην επιφάνεια ενός στερεού σώματος, η φωτεινή πίεση p προσδιορίζεται από τον τύπο:

р = S(1 + R)/с, όπου

S είναι η πυκνότητα ροής ενέργειας (ένταση φωτός), R είναι ο συντελεστής ανάκλασης του φωτός από την επιφάνεια, c είναι η ταχύτητα του φωτός. Υπό κανονικές συνθήκες, η ελαφριά πίεση είναι ελάχιστα αισθητή. Ακόμη και σε μια ισχυρή δέσμη λέιζερ (1 W/cm 2 ), η πίεση φωτός είναι περίπου 10 -4 g/cm 2 . Μια δέσμη λέιζερ με ευρεία διατομή μπορεί να εστιαστεί και, στη συνέχεια, η δύναμη της ελαφριάς πίεσης στην εστία της δέσμης μπορεί να κρατήσει ένα χιλιοστόγραμμα σωματιδίου σε αιώρηση.

Η πίεση του φωτός στα στερεά μελετήθηκε για πρώτη φορά πειραματικά από τον P. N. Lebedev το 1899. Οι κύριες δυσκολίες στην πειραματική ανίχνευση της πίεσης φωτός ήταν η απομόνωσή της σε φόντο ραδιομετρικών και συναγωγικών δυνάμεων, το μέγεθος των οποίων εξαρτάται από την πίεση του αερίου που περιβάλλει το σώμα και, σε περίπτωση ανεπαρκούς κενού, μπορεί να υπερβεί την πίεση του φωτός. κατά πολλές τάξεις μεγέθους. Στα πειράματα του Lebedev, σε ένα εκκενωμένο (πίεση της τάξης των 10-4 mm Hg) γυάλινο δοχείο, οι βραχίονες ενός ζυγού στρέψης με λεπτά φτερά δίσκου συνδεδεμένα σε αυτά αιωρήθηκαν σε ένα λεπτό ασημένιο νήμα, τα οποία ακτινοβολήθηκαν. Τα φτερά ήταν κατασκευασμένα από διάφορα μέταλλα και μαρμαρυγία με πανομοιότυπες αντίθετες επιφάνειες. Με τη διαδοχική ακτινοβόληση της μπροστινής και της πίσω επιφάνειας των φτερών διαφόρων πάχους, ο Lebedev μπόρεσε να εξουδετερώσει την υπολειπόμενη επίδραση των ραδιομετρικών δυνάμεων και να επιτύχει ικανοποιητική (με σφάλμα ± 20%) συμφωνία με τη θεωρία του Maxwell. Το 1907-1910 ο Lebedev ερεύνησε την πίεση του φωτός στα αέρια.

Η ελαφριά πίεση παίζει μεγάλο ρόλο στα αστρονομικά και ατομικά φαινόμενα. Η πίεση του φωτός στα αστέρια, μαζί με την πίεση του αερίου, εξασφαλίζει τη σταθερότητά τους, εξουδετερώνοντας τις δυνάμεις της βαρύτητας. Η δράση της ελαφριάς πίεσης εξηγεί μερικά από τα σχήματα των ουρών του κομήτη. Όταν ένα φωτόνιο εκπέμπεται από άτομα, εμφανίζεται η λεγόμενη φωτεινή ανάκρουση και τα άτομα λαμβάνουν την ορμή του φωτονίου. Στη συμπυκνωμένη ύλη, η ελαφριά πίεση μπορεί να προκαλέσει ρεύμα φορέων φορτίου (βλ. Συμπαραβίβαση ηλεκτρονίων από φωτόνια). Προσπαθούν να χρησιμοποιήσουν την πίεση της ηλιακής ακτινοβολίας για να δημιουργήσουν έναν τύπο διαστημικής προωθητικής συσκευής - το λεγόμενο ηλιακό πανί.

Ειδικά χαρακτηριστικά της φωτεινής πίεσης ανιχνεύονται σε σπάνια ατομικά συστήματα κατά τη διάρκεια συντονισμένης σκέδασης έντονου φωτός, όταν η συχνότητα της ακτινοβολίας λέιζερ είναι ίση με τη συχνότητα της ατομικής μετάπτωσης. Έχοντας απορροφήσει ένα φωτόνιο, το άτομο δέχεται μια ώθηση προς την κατεύθυνση της δέσμης λέιζερ και περνά σε διεγερμένη κατάσταση. Περαιτέρω, εκπέμποντας αυθόρμητα ένα φωτόνιο, το άτομο αποκτά ορμή (φωτεινή έξοδο) σε αυθαίρετη κατεύθυνση. Με την επακόλουθη απορρόφηση και αυθόρμητη εκπομπή φωτονίων, το άτομο λαμβάνει συνεχώς ώσεις που κατευθύνονται κατά μήκος της δέσμης φωτός, η οποία δημιουργεί ελαφριά πίεση.

Η δύναμη F της πίεσης συντονισμού του φωτός σε ένα άτομο ορίζεται ως η ορμή που μεταφέρεται από μια ροή φωτονίων με πυκνότητα N ανά μονάδα χρόνου: F = Nћkσ, όπου ћk = 2πћ/λ είναι η ορμή ενός φωτονίου, σ ≈ λ 2 είναι η διατομή απορρόφησης του συντονισμένου φωτονίου, λ είναι το φως του μήκους κύματος, k - αριθμός κύματος, ћ - η σταθερά του Planck. Σε σχετικά χαμηλές πυκνότητες ακτινοβολίας, η πίεση συντονισμού του φωτός είναι ευθέως ανάλογη με την ένταση του φωτός. Σε υψηλές πυκνότητες ροής φωτονίων N, εμφανίζεται κορεσμός της απορρόφησης και κορεσμός της πίεσης συντονισμού του φωτός (βλ. Φαινόμενο κορεσμού). Σε αυτή την περίπτωση, η φωτεινή πίεση δημιουργείται από φωτόνια που εκπέμπονται αυθόρμητα από άτομα με μέση συχνότητα γ (αντίστροφη από τη διάρκεια ζωής ενός διεγερμένου ατόμου) σε τυχαία κατεύθυνση. Η ισχύς της πίεσης του φωτός παύει να εξαρτάται από την ένταση, αλλά καθορίζεται από την ταχύτητα των αυθόρμητων γεγονότων εκπομπής: F≈ћkγ. Για τυπικές τιμές γ ≈ 10 8 s -1 και λ ≈ 0,6 μm, η δύναμη ελαφριάς πίεσης είναι F≈5·10 -3 eV/cm. όταν είναι κορεσμένο, η πίεση συντονισμού του φωτός μπορεί να δημιουργήσει επιτάχυνση ατόμων έως και 10 5 g (g είναι η επιτάχυνση ελεύθερη πτώση). Τέτοιες μεγάλες δυνάμεις καθιστούν δυνατό τον επιλεκτικό έλεγχο των ατομικών δεσμών, μεταβάλλοντας τη συχνότητα του φωτός και επηρεάζοντας διαφορετικά άτομα με ελαφρώς διαφορετικές συχνότητες απορρόφησης συντονισμού. Συγκεκριμένα, είναι δυνατή η συμπίεση της κατανομής ταχύτητας Maxwellian αφαιρώντας άτομα υψηλής ταχύτητας από τη δέσμη. Το φως του λέιζερ κατευθύνεται προς την ατομική δέσμη, ενώ επιλέγει τη συχνότητα και το σχήμα του φάσματος ακτινοβολίας έτσι ώστε η πίεση του φωτός να επιβραδύνει τα γρήγορα άτομα με μεγάλη μετατόπιση στη συχνότητα συντονισμού (βλέπε φαινόμενο Doppler). Η πίεση συντονισμού του φωτός μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον διαχωρισμό αερίων: όταν ένα δοχείο δύο θαλάμων γεμάτο με ένα μείγμα δύο αερίων, τα άτομα του ενός εκ των οποίων είναι σε συντονισμό με την ακτινοβολία, ακτινοβολείται, τα άτομα συντονισμού, υπό την επίδραση ελαφριά πίεση, θα μετακινηθεί στον μακρινό θάλαμο.

Η πίεση συντονισμού του φωτός σε άτομα που βρίσκονται σε έντονο πεδίο έχει ορισμένα χαρακτηριστικά. στάσιμο κύμα. Από κβαντική άποψη, ένα στάσιμο κύμα που σχηματίζεται από αντίθετες ροές φωτονίων προκαλεί κραδασμούς στο άτομο λόγω της απορρόφησης φωτονίων και της διεγερμένης εκπομπής τους. Η μέση δύναμη που ασκεί το άτομο δεν είναι ίση με μηδέν λόγω της ανομοιογένειας του πεδίου στο μήκος κύματος. Από την κλασική άποψη, η δύναμη της ελαφριάς πίεσης οφείλεται στη δράση ενός χωρικά ανομοιογενούς πεδίου στο ατομικό δίπολο που προκαλείται από αυτό. Αυτή η δύναμη είναι ελάχιστη σε κόμβους όπου η διπολική ροπή δεν προκαλείται, και σε αντικόμβους όπου η κλίση πεδίου εξαφανίζεται. Η μέγιστη δύναμη ελαφριάς πίεσης είναι ίση κατά τάξη μεγέθους με F≈ ±Ekd (τα πρόσημα αναφέρονται στην κίνηση εντός και αντιφάσεως των διπόλων με ροπή d σε σχέση με το πεδίο με ένταση E). Αυτή η δύναμη μπορεί να φτάσει σε γιγαντιαίες τιμές: d≈ 1 debye, λ≈0,6 μm και E≈ 10 6 V/cm δύναμη F≈5∙10 2 eV/cm. Το πεδίο ενός στάσιμου κύματος στρωματοποιεί μια δέσμη ατόμων που διέρχεται από μια δέσμη φωτός, αφού τα δίπολα, που ταλαντώνονται σε αντιφάση, κινούνται κατά μήκος διαφορετικών τροχιών, όπως τα άτομα στο πείραμα Stern-Gerlach. Τα άτομα που κινούνται κατά μήκος της δέσμης λέιζερ υπόκεινται σε μια δύναμη ακτινικής πίεσης φωτός που προκαλείται από την ακτινική ανομοιογένεια της πυκνότητας του φωτεινού πεδίου. Τόσο σε ένα στάσιμο όσο και σε ένα κύμα που ταξιδεύει, συμβαίνει όχι μόνο η ντετερμινιστική κίνηση των ατόμων, αλλά και η διάχυσή τους στο χώρο φάσης, καθώς η απορρόφηση και η εκπομπή φωτονίων είναι κβαντικές τυχαίες διαδικασίες. Οιονεί σωματίδια σε στερεά: ηλεκτρόνια, εξιτόνια κ.λπ.

Λιτ.: Συλλογή Lebedev P. N.. όπ. Μ., 1963; Ashkin A. Πίεση ακτινοβολίας λέιζερ // Προόδους στις Φυσικές Επιστήμες. 1973. Τ. 110. Τεύχος. 1; Kazantsev A.P. Πίεση συντονισμού φωτός // Ibid. 1978. Τ. 124. Τεύχος. 1; Letokhov V. S., Minogin V. G. Πίεση της ακτινοβολίας λέιζερ στα άτομα. Μ., 1986.

S. G. Przhibelsky.