Давление света на поверхность. Давление света. Природа света - физика. Давление света - формула. Тема: Давление света

Даже Вы достигшие высот,

Знайте и примите то в расчет,

Что и Солнце в небе не гордится

И Земле свои лучи несет!

(Мирза-Шафи Вазех)

Вот здесь мы подошли к тому моменту, когда настало время разобраться со второй трудностью – это давление света , указанной в статье: .

Две трудности, которые не позволяли признать фотон в качестве переносчика гравитации.

Напомню, первая трудность – это отдача, с которой мы разбирались на протяжении нескольких статей « », « », « », « ».

Вторая трудность связана с явлением, которое вошло в научную среду как «давление света».

Солнце, с одной стороны, притягивает Землю, а с другой, создает на нее давление! Согласитесь – парадоксальное явление.

Впервые мысль о существовании светового давления высказал И.Кеплер для объяснения отклонения кометных хвостов от Солнца. Позднее Д. Максвелл, после разработки теории электромагнетизма, вывел математические принципы существования светового давления.

По всем расчетам получается, что сила этого давления мала, солнечный свет должен давить на квадратный метр черной поверхности, расположенной перпендикулярно лучам, с силой F=4,5·10 -6 Н . Измерить такую силу на опыте очень трудно, но эти трудности в 1900 году попытался преодолеть русский физик П.Н. Лебедев. С помощью крутильных весов, зеркал и источника света ему, якобы, удалось подтвердить гипотезу Максвелла (рис. 1). В физике укоренилось мнение, что несмотря на то, что давление света на 11 порядков величины меньше атмосферного, тем не менее, именно оно удерживает Солнце от гравитационного коллапса, а также направляет хвосты комет от Солнца. По этой причине иногда кометы летят хвостом вперед.

Про кометы, которые своими хвостами прокладывают курс вокруг Солнца, а сейчас все внимание на высказанный парадокс и трудности, которые мы вроде бы преодолеваем, но тем самым создаем другие, т.к. они начинают множиться.

Во всех учебниках и не совсем учебниках, переписанных друг у друга, говорится, что если фотон имеет массу и импульс, то он должен оказывать данной массой и импульсом давление.

Характерная фраза из учебной литературы: «Результаты опытов Лебедева, Комптона, а также опытов по изучению фотоэффекта подтвердили, что фотоны обладают импульсом».

А уж коли фотоны наделены этим импульсом, то они должны этим импульсом на что-то воздействовать. Поэтому все объяснения светового давления сводятся к аналогам механических систем как в макромире: «Если рассматривать свет как поток фотонов, то, согласно принципам классической механики, частицы при ударе о тело должны передавать ему импульс, другими словами - оказывать давление».

У меня совершенно противоположное толкование принципа передачи энергии. Фотоны это не механические частицы, которые как метеориты могут ударить в землю и она получит импульсы отдачи. Здесь механика не проходит, т.к. фотоны внедряются не упруго, они внедряются в родственную им среду – в электромагнитный эфир вещества. Взаимодействие фотона с атомами данного вещества происходит на полевом уровне. Импульс движения в веществе действительно возникает, только не отдачи, а наоборот – придачи (навстречу движения фотона), (см. «).

Давление света сопоставляют с давлением электромагнитного излучения внутри звезд, где оно может достигать громадного значения и это ставят ему в заслугу. Поскольку якобы силы светового давления наряду с гравитационными силами играют существенную роль во внутризвёздных процессах. Безусловно, давление внутри звезд зашкаливает, но давление не создается само собой – его создает гравитация. Не давление создает гравитацию, а давление есть производная от гравитации. А это, уже – две большие разницы.

Все источники, излагающие тему о давлении света, о его экспериментальной проверке, отправляют к Лебедеву. Но со времени знаменитого эксперимента прошло 113 лет. И что, за эту сотню с лишним лет ни одна лаборатория не удосужилась перепроверить данный опыт? Я думаю, что сегодня, когда мы строим такие мастодонты науки, как БАК (большой адронный коллайдер), то изготовить копеечные крутильные весы, не составило бы особых затрат. поэтому повторение опыта по существованию давления света для науки было бы весьма полезно.

В то же время не исключаю, что такие опыты уже были проведены, а может и неоднократно, но результатов не было. Поэтому ни опровержения, ни подтверждения, мы сегодня не имеем.

Могу предположить, почему экспериментаторы не публиковали свои отчеты. Элементарно, побоялись – засмеют! Данный опыт довольно тонкий и степень ошибки велика. А потом, авторитет Лебедева продолжает давлеть, поэтому проще промолчать, чем, не дай Бог, не в том знаке поставить запятую.

Теперь по поводу парадокса одновременности притяжения и отталкивания. Природа в своей сущности не такая «умная», как человек. только ученый физик, глядя на Солнце, может сказать: Солнце ослепительный источник белого света и в то же время добавить, что Солнце абсолютно черное тело. В природе никогда не наблюдается антагонизмов и противоположностей одновременно. Звуковые, оптические волны всегда исходят из центра генерации и никогда не наоборот. Холодное тело никогда не может нагреть горячее. Даже ветер никогда не дует навстречу тому же ветру, несмотря на то, что постоянно меняет направление. Противопоставление «дуализма фотона», в данном случае это явление не является антагонизмом, а проявление одних и тех же свойств, но выявленные разными приборами.

Наука, после опытов Лебедева, уже более века пребывает в каком-то благодушии, несмотря парадоксальное противоречие. Две силы, создаваемые одним источником, не могут и не должны быть направлены противоположно или навстречу друг другу. Притом, одна сила, с помощью которой Солнце притягивает Землю, превосходит вторую (силу давления) в 10 13 (десять триллионов) раз.

Исходя из таких логических посылок можно сделать вывод: в природе должно быть только одно либо притяжение, либо отталкивание (давление). В природе не может быть парадоксов, там все логически сбалансировано, поэтому, чтобы не существовало данное противоречие, необходимо одну из сил исключить. Что будем исключать? Давление света или само притяжение Земли к Солнцу? Понятно, что силу притяжения не может отменить даже сам Бог, а силу давления света , можно исключить. Не волнуйтесь – это не волюнтаризм. Давление света необходимо исключить по причине – как не доказанное!

Пардон, а как же Петр Лебедев, с его изящным опытом?

Считаю, что, несмотря на все ухищрения и трудности по преодолению радиационного влияния на конечный результат, Лебедеву, в его опытах, так и не удалось от него отстроиться. Вакуум в экспериментах Лебедева составлял около 10 -4 мм рт. ст. – по нынешним меркам это уже не вакуум. Поэтому, считаю, что данный эксперимент не подтверждает присутствие такого явления, как давление света. И в этом понимании я не одинок. Я сейчас призову на помощь лорда Кельвина, который никогда не верил в существование давления света. Как пишут историки, он якобы неохотно сдался после того, как Лебедев выступил с докладом в Париже по оглашению своих результатов.

В интернете есть публикации, авторы которых также недоуменно вопрошают по данному вопросу, доколе? Например, Гришаев А.А. , с которым мы сходимся во мнениях пожалуй только по этой проблеме. Он в конце параграфа своей статьи «Опыты Лебедева по исследованию светового давления» делает следующий вывод: «Как можно видеть, для маятника N2 отношение средних величин эффектов для чернённых и зеркальных мишеней составило всего-то 1.2, а для маятника N3 – 1.3. Эти цифры говорят о том, что Лебедев имел дело не с «максвелловским давлением», а, по-видимому, с остаточными радиометрическими силами. Ещё более странное впечатление производит работа Лебедева, в которой он исследовал «давление света» на газы».

В этой же статье автором довольно подробно описаны эффекты Комптона и Мёссбауера. Автор приходит к выводу, что рентгеновские и γ-кванты не переносят импульс, тем самым и нет «отдачи». Не буду полемизировать с автором насчет первого постулата, с коим я не согласен, как говорят, время рассудит. Что касается второго посыла, то моя платформа строится именно на отсутствии отдачи, но с непременным присутствием - придачи.

Здесь уместно привести еще один источник, где прямо указывается на «придачу» (Сайт: энциклопедия физики и техники) . Вот выдержка из данной статьи: «Специфические особенности Д. с. (давление света) обнаруживаются в разреженных атомных системах при резонансном рассеянии интенсивного света, когда частота лазерного излучения равна частоте атомного перехода. Поглощая фотон, атом получает импульс в направлении лазерного пучка и переходит в возбуждённое состояние. Далее, спонтанно испуская фотон, атом приобретает импульс (световая отдача) в произвольном направлении. При последующих поглощениях и спонтанных испусканиях фотонов произвольно направленные импульсы световой отдачи взаимно гасятся, и, в конечном итоге, резонансный атом получает импульс, направленный вдоль светового луча - резонансное Д. с. (Конец цитаты).

Небольшое замечание относительно давления света на кометные хвосты. Эта тема требует более детального разбирательства, как было отмечено выше, по данной проблеме будет написана отдельная статья. Сейчас просто для читателей хочу заострить следующий вопрос. Некоторые кометные хвосты могут вытягиваться более чем на сотни миллионов километров. Вопрос: почему кометные хвосты уходят в тень головы кометы? Их туда загоняет световое давление? Но в тени нет того самого света, а хвосты проходят по более удаленным траекториям, а значит и с гораздо большей скоростью, чем их головы, мало того, они их еще и обгоняют. Тогда куда смотрит световое давление, когда хвост несется впереди ядра кометы. Почему на отстающий хвост давление света жестко реагирует, а на обгоняющий хвост не обращает внимания? Что, очередной парадокс?

Все попытки объяснить давление света, в соответствии с классической механикой, я считаю не корректными. Поэтому нужно поставить тот же опыт, что и у Лебедева, только с другой целью.

Анти давление света

Притяжение света

Лебедев в своих экспериментах для отрезания тепловых волн ставил водяной фильтр (поз. 5, рис. 1), он предполагал, что можно отфильтровать тепловую составляющую.

В данном направлении хочу добавить свои соображения, возможно будущие или настоящие исследователи меня поправят. Никакие фильтры не помогут избавиться от теплового воздействия на ход данного эксперимента. Если вы отрежете красную область, то эксперимент будет не полным. С другой стороны, весь спектр света, попадая на вещество или те же «крылышки Лебедева» будет генерировать в них свою теплоту, такова природа.

А теперь тема и задача для будущих Нобелевских лауреатов, предлагаю несколько изменить конструкцию крылышек Лебедева. Нужно пойти в противоположном направлении – не уменьшать толщину мишени, а увеличить ее, притом сделать сэндвич. С освещенной стороны абсолютно черная мишень 1, а с обратной стороны – теплоотражатель 2 (рис. 2). В этом случае должен возникнуть обратный эффект – крылышко должно двинуться навстречу световому потоку, невзирая на «давление света». Тем самым Вы докажете обратный эффект анти давления света, или притяжения света. А если сказать обобщенно, то вращение черных крылышек по вектору приходящего света (источника), будет доказательством того, что гравитацию порождает теплота.

Безусловно вакуум должен быть 100-процентный. Возможно источник света следует разместить в той же колбе, что и приемник, только колба должна быть большого объема.

Желаю исследователям полного успеха.

На чем основаны мои предположения, что мишень будет двигаться на источник. В физике есть несколько аналогий такого рода. Например, фотоэффект, рентгеновское излучение, γ-излучение. При фотоэффекте, электроны, вылетающие из катода устремляются навстречу УФ излучению. При тормозном рентгеновском излучении генерируются фотоны (кванты), также вылетающие встречно излучателю. Все они частицы, волны несут импульсы энергии. Но в отличие от электрона, фотоны безмассовые частицы и при подводе внешней энергии вылетают без отдачи, но зато прихватывают с собой импульс вещества. Вещество получает импульс придачи - « ». Мишень должна двинуться на источник.

К вышесказанному хочу добавить, что, в свое время астрофизик Н.А. Козырев для экспериментов использовал разноплечие крутильные весы (об этом я коснусь в статье «квантовая гравитация»). Так вот, этот прибор чутко реагировал на тепло и холод. Часть этих опытов мне удалось повторить, действительно, эффект присутствует.

Хочу обратить внимание школьников – в видео вертушка крутится не из-за действия давления света на ее крылышки, а по воле программиста. В эксперименте П. Лебедева ничего не крутилось, а только немного поворачивалось. А вот какая сила поворачивала крылышки? Я уже об этом высказался.

Предлагаю отщипнуть 0,01% от бюджета БАК и это будет около 1 млн долларов. Думаю для повторения эксперимента Лебедева будет достаточно.

Ау! Научное сообщество! Необходимо, наконец-то, поставить точку в вопросе: давит или не давит на нас свет, а то каждый человек до конца своей жизни так и не может узнать возникал ли у него лишний вес, когда он выходил из тени на Солнце?

Одним из экспериментальных подтверждений наличия у фото­нов импульса является существование светового давления (опыты Лебедева).

Волновое объяснение (по Максвеллу): взаимодействие индуцированных токов с магнитным полем волны.

С квантовой точки зрения давление света на поверхность обусловлено тем, что при соударении с этой поверхностью каждый фотон передает ей свой импульс. Так как фотон может двигаться только со скоростью света в вакууме, то отражение света от поверхности тела следует рассматривать как процесс «переизлучения» фотонов - падающий фотон поглощается поверхностью, а затем вновь излучается ею с противоположным направлением импульса.

Рассмотрим световое давление, которое оказывает на поверхность тела поток монохроматического излучения, падающего перпендикулярно поверхности.

Пусть в единицу времени на единицу площади поверхности тела падает п фотонов. Если коэффициент отражения света от поверхности тела равен R, то Rn фотонов отражается, а (1 –R) п- поглощается. Каждый отраженный фотон передает стенке импульс, равный 2р ф =2hv/c (при отражении импульс фотона изменяется на – р ф). Каждый поглощенный фотон передает стенке свой импульс р ф =hv/c .Давление света на поверхность, равно импульсу, который передают поверхности за 1 с все п фотонов:

, (11-12)

где I=nhv – энергия всех фотонов, падающих на единицу поверх­ности за единицу времени, т. е. интенсивность света, а w=I/c – объ­емная плотность энергии падающего излучения. Эта формула проверялась экспериментально и была подтверждена в опытах Лебедева.

4. Фотонный газ. Бозоны. Распределение Бозе − Эйнштейна.

Рассмотрим свет как совокупность фотонов, которые находятся внутри замкнутой полости с зеркальными стенками. Давление света на зеркально отражающую поверхность должно быть таким же, каким оно было бы если фотоны зеркально отражались от поверхности подобно абсолютно упругим шарикам.

Найдем давление, производимое на идеально отражающие стенки| замкнутой полости.

Для простоты предположим, что полость имеет форму куба. Ввиду изотропности излучения можно считать, что все направления движения фотонов равновероятны. Взаимодействие между фотонами отсутствует (частота их при столкновениях не меняется). Поэтому фотоны движутся подобно молекулам идеального одноатомного газа.

Давление идеального газа на стенки полости найдем из основного уравнения кинетической теории газов:

Но для фотонов m=hv i /c 2 , υ i =с и поэтому mυ i 2 = hv i .Таким образом,

где W - полная энергия всех фотонов в полости, а давление на ее стенки

(11-13)

Здесь w - объемная плотность энергии излучения. Если фотоны внутри нашей полости имеют частоты от 0 до ∞, то w можно определить по формуле:

(11-14)

Здесь ρ(ν) - объемная плотность энергии излучения в интервале частот от ν до ν+dν.

Функция ρ(ν) находится с помощью специального квантового распределения фотонов по энергиям (частотам), - распределения Бо­зе -Эйнштейна (Б-Э).

1. В отличие от распределения Максвелла, которое характеризует распределение частиц в пространстве скоростей (импульсов), квантовое распределение описывает энергии частиц в фазовом пространстве, образованном импульсами и координатами частиц.

2. Элементарный объем фазового пространства равен (перемножим все приращения координат):

3. Объем, приходящийся на одно состояние равен h 3 .

4. Число состояний dg i излучения, находящегося в элементарном фазовом объеме в квантовой статистике получается путем деления объема (11-15) на h 3 :

5. Распределению Б-Э подчиняются системы частиц с целым спином. Они получили название бозоны . К этим частицам относятся и фотоны. Их спин принимает целочисленные значения. Момент импульса фотона принимает значение mh/2π , где m = 1. 2,3… Функция распределения Бозе - Эйнштейна для фотонов имеет вид:

, (11-16)

где. ΔN –число фотонов в объеме dV, n i - среднее число частиц в одном энергетическом состоянии с энергией W i , которое называется, k - постоянная Больцмана, T – абсолютная температура. Коэффициент 2 появляется в связи с наличием двух возможных направлений по­ляризации света (левое и правое вращение плоскости поляризации).

Полное число состояний в объеме V (после интегрирования по объему и использования соотношений между импульсом фотона р и его энергией W,ν р =hv/c, W= hv ):

где ν - частота, с - скорость света в вакууме.

Число фотонов с энергией от W до W + d W в объеме V:

(11-17)

Объемную плотность энергии излучения в интервале частот от ν до ν +dν найдем умножив (11-16) на энергию одного фотона hν :

. (11-18)

Давление излучения найдем по формулам (11-13), (11-14) и (11-18):

Уравнение состояния для излучения:

.

Энергия излучения из объема V (закон Стефана-Больцмана):

Связь между энергетической светимостью и объемной плотностью энергии излучения (следует из сопоставления формулы Планка с формулой (11-18):

R Э (ν,Т)= (с/4)ρ(ν,Т).

48. Элементы квантовой оптики. Энергия, масса и импульс фотона. Вывод формулы давления света на основе квантовых представлений о природе света.

Таким образом, распространение света следует рассматривать не как непрерывный волновой про-

цесс, а как поток локализованных в пространстве дискретных частиц, движущихся со скоростью с распространения света в вакууме. Впоследствии (в 1926 г.) эти частицы получили название фотонов.Фотоны обладают всеми свойствами частицы (корпускулы).

Развитие гипотезы Планка привело к созданию представлений о квантовых свойствах света. Кванты света получили название фотонов. Согласно закону пропорциональности массы и энергии и гипотезе Планка, энергия фотона определяется по формулам

.

Приравнивая правые части этих уравнений, получим выражение для массы фотона

или с учетом, что ,

Импульс фотона определяется по формулам:

Масса покоя фотона равна нулю. Квант электромагнитного излучения существует только распространяясь со скоростью света, обладая при этом конечными значениями энергии и импульса. В монохроматическом свете с частотой ν все фотоны имеют одинаковую энергию, импульс и массу.

Давление света

Световое излучение может передавать свою энергию телу в виде механического давления.

Он доказал, что свет, полностью поглощенный зачерненной пластинкой, оказывает на нее силовое воздействие. Световое давление проявляется в том, что на освещаемую поверхность тела в направлении распространения света действует распределенная сила, пропорциональная плотности световой энергии и зависящая от оптических свойств поверхности.

В итоге применения к оптическим измерениям Лебедева законов механики получено чрезвычайно важное соотношение, показавшее, что энергия всегда эквивалентна массе. Впервые Эйнштейн указал, что уравнение mc 2 =E универсально и должно быть справедливым для любых видов энергии.

Объяснить это явление можно с позиций как волновых, так и корпускулярных представлений о природе света. В первом случае это результат взаимодействия электрического тока, наведенного в теле электрическим полем световой волны, с ее магнитным полем по закону Ампера. Периодически меняющиеся в пространстве и во времени электрическое и магнитное поля световой волны при взаимодействии с поверхностью вещества оказывают силовое воздействие на электроны атомов вещества. Электрическое поле волны заставляет электроны совершать колебания. Сила Лоренца со стороны магнитного поля волны направлена вдоль направления распространения волны и представляет собой силу светового давления . Квантовая теория объясняет давление света тем, что фотоны обладают определенным импульсом и при взаимодействии с веществом они передают часть импульса частицам вещества, оказывая тем самым давление на его поверхность (можно провести аналогию с ударами молекул о стенку сосуда, при которых импульс, передаваемый стенке, определяет давление газа в сосуде).

При поглощении фотоны передают свой импульс телу, с которым взаимодействуют. Это и является причиной давления света.

Определим давление света на поверхность, используя квантовую теорию излучения.

Пусть перпендикулярно некоторой поверхности падает излучение с частотой ν (рис.5). Пусть это излучение, состоящие изN фотонов, падает на поверхность пло-

щади ∆ S в течение времени∆ t. Поверхностью поглощаетсяN 1 фотонов, а отражает-

ся N 2 , т.е.N = N 1 + N 2 .

	Продолжение 48
Каждый поглощенный фотон (неупругий удар) передает поверхности импульс				А каждый от-
раженный фотон (упругий удар) передает ей импульс			Тогда все падающие фотоны переда-
дут импульс, равный
При этом свет будет действовать на поверхность с силой
т.е. оказывать давление

Умножим и разделим правую часть этого равенства на N, получим

Окончательно

где – энергия всех N фотонов, падающих на единицу площади в единицу времени, размер-

ность ;– коэффициент отражения.

Для черной поверхности ρ = 0 и давление будет равно.

представляет собой объемную плотность энергии, размерность ее.

Тогда концентрация n фотонов в пучке, падающем на поверхность, будет

.

Подставляя в уравнение для давления света (2.2), получаем

Давление, производимое светом при падении на плоскую поверхность можно вычислить по формуле

где Ее - интенсивность облучения поверхности (или освещенность), с - скорость распространения электромагнитных волн в вакууме,α , - доля падающей энергии, поглощаемая телом (коэффициент поглоще-

ния), ρ - доля падающей энергии, отражаемая телом (коэффициент отражения),θ - угол между направлением излучения и нормалью к облучаемой поверхности. Если тело не является прозрачным, то есть, все

падающее излучение отражается и поглощается, то α +ρ =1.

49 Элементы квантовой оптики. Эффект Комптона. Корпускулярно-волновой дуализм света (излучения).

3) Корпускулярноволновой дуализм электромагнитного излучения

Итак, изучение теплового излучения, фотоэффекта, эффекта Комптона показало, что электромагнитное излучение (в частности, свет), обладает всеми свойствами частицы (корпускулы). Однако большая группа оптических явлений - интерференция, дифракция, поляризация свидетельствует о волновых свойствах электромагнитного излучения, в частности, света.

Что же представляет собой свет - непрерывные электромагнитные волны, излучаемые источником или поток дискретных фотонов, беспорядочно для электромагнитной волны, не исключают свойств дискретности, характерных для фотонов.

Свет (электромагнитное излучение) одновременно обладает свойствами непрерывных электромагнитных волн и свойствами дискретных фотонов. В этом заключается корпускулярно-волновой дуализм (двойственность) электромагнитного излучения.

2)ЭффектКомптона Заключается в увеличении длины волны рентгеновского излучения при его рассеянии веществом. Изменение длины волны

К (1-cos)=2к sin2 (/2),(9) "

где к =h/(mc) - комптоновская длина волны, m - масса покоя элек-

трона. к =2.43*10 -12 м=0.0243 A(1 A=10-10 м).

Все особенности эффекта Комптона удалось объяснить, рассматривая рассеяние как процесс упругого столкновения рентгеновских фотонов со свободными электронами, при котором соблюдается закон сохранения энергии и закон сохранения импульса.

Согласно (9) изменение длины волны зависит только от угла рассеяния и не зависит ни от длины волны рентгеновского излучения, ни от вида вещества.

1) Элементы квантовой оптики. Фотоны, энергия, масса и импульс фотона

Чтобы объяснить распределение энергии в спектре теплового излучения Планк допустил, что электромагнитные волны испускаются порциями (квантами). Эйнштейн в 1905 г. пришел к выводу, что излучение не только испускается, но и распространяется и поглощается в виде квантов. Этот вывод позволил объяснить все экспериментальные факты (фотоэффект, эффект Комптона, и др.), которые не могла объяснить классическая электродинамика, исходившая из волновых представлений о свойствах излучения. Таким образом, распространение света следует рассматривать не как непрерывный волновой процесс, а как поток локализованных в пространстве дискретных частиц, движущихся со скоростью с распространения света в вакууме. Впоследствии (в 1926 г.) эти частицы получили название фотонов. Фотоны обладают всеми свойствами частицы (корпускулы).

1. Энергия фотона

тому постоянную Планка иногда называют квантом действия. Размерность , совпадает, например, с размерностью момента импульса(L=r mv).

Как следует из (1) энергия фотона увеличивается с ростом частоты (или с уменьшением длины волны),

2. Масса фотона определяется исходя из закона о взаимосвязи массы и энергии (Е=mc 2 )

3.Импульс фотона. Для любой релятивиской частицы энергия ее Поскольку у фотонаm 0 =0 , то импульс фотона

т.е. длина волны обратно пропорциональна импульсу

50. Ядерная модель атома по Резерфорду. Спектр атома водорода. Обобщенная формула Бальмера. Спектральные серии атома водорода. Понятие терма.

1)Резерфорд предложил ядерную модель атома . Согласно этой модели атом состоит из положительного ядра, имеющего заряд Zе (Z - порядковый номер элемента в таблице Менделеева, е - элементарный заряд), размер 10 -5 -10 -4 А (1А= 10 -10 м) и массу практически равную массе атома. Вокруг ядра по замкнутым орбитам движутся электроны, образуя электронную оболочку атома. Так как атомы нейтральны, то вокруг ядра должно вращаться Z электронов, суммарный заряд которых - Zе. Размеры атома определяются размерами внешних орбит электронов и составляют порядка единиц А.

Масса электронов составляет очень малую долю массы ядра (для водорода 0,054%, для остальных элементов менее 0,03%). Понятие " размер электрона" не удается сформулировать непротиворечиво, хотя ro 10-3 А называют классическим радиусом электрона. Итак, ядро атома занимает ничтожную часть объема атома и в нем сосредоточена практически вся (99,95%) масса атома. Если бы ядра атомов располагались вплотную друг к другу, то земной шар имел бы радиус 200 м а не 6400 км (плотность вещества

атомных ядер 1,8

2) Линейчатый спектр атома водорода

Спектр излучения атомарного водорода состоит из отдельных спектральных линий, которые располагаются в определенном порядке. В 1885 г. Бальмер установил, что длины волн (или частоты) этих линий могут быть представлены формулой.

, (9)

где R =1,0974 7 м -1 - называется также постоянной Ридберга.

На рис. 1 изображена схема энергeтических уровней атома водорода, расчитанных согласно (6) при z=1.

При переходе электрона с более высоких энергетических уровней на уровень n = 1 возникает ультрофиолетовое излучение или излучение серии Лаймана (СЛ).

Когда электроны переходя на уровень n = 2 возникает видимое излучение или излучение серии Бальмера (СБ).

При переходе электронов с более высоких уровней на уровень n =

3 возникает инфракрасное излучение, или излучение серии Пашена (СП) и т.д.

Частоты или длины волн, возникающего при этом излучения, определяются по формулам (8) или (9) при m=1 - для серии Лаймана, приm=2 - для серии Бальмера и приm = 3 - для серии Пашена. Энергия фотонов определяется по формуле (7), которую с учетом (6) можно привести для водородоподобных атомов к виду:

эВ (10)

50 продолжение

4) Спектральные серии водорода - наборспектральных серий, составляющих спектр атомаводорода. Поскольку водород - наиболее простойатом, его спектральные серии наиболее изучены. Они хорошо подчиняютсяформуле Ридберга:

,

где R = 109 677 см−1 -постоянная Ридберга для водорода,n′ - основной уровень серии. Спектральные линии, возникающие при переходах на основной энергетический уровень,

называютсярезонансными , все остальные -субординатными .

Серия Лаймана

Открыта Т. Лайманом в 1906 году. Все линии серии находятся в ультрафиолетовом диапазоне. Серия соответствует формуле Ридберга приn′ = 1 иn = 2, 3, 4,

Серия Бальмера

Открыта И. Я. Бальмером в 1885 году. Первые четыре линии серии находятся в видимом диапазоне. Серия соответствует формуле Ридберга приn′ = 2 иn = 3, 4, 5

5) Спектра́льный терм или электро́нный терм атома, молекулы или иона - конфигу-

рация (состояние) электронной подсистемы, определяющая энергетический уровень. Иногда под словом терм понимают собственно энергию данного уровня. Переходы между термами определяютспектры испускания и поглощения электромагнитного излучения.

Термы атома принято обозначать заглавными буквами S ,P ,D ,F и т. д., соответствующими значению квантового числаорбитального углового момента L =0, 1, 2, 3 и т. д. Квантовое число полного углового моментаJ дается индексом справа внизу. Малой цифрой вверху слева обозначается кратность (мультиплетность ) терма. Например, ²P 3/2 - дублет Р. Иногда (как правило, для одноэлектронных атомов и ионов) впереди символа терма указываютглавное квантовое число (например, 2²S 1/2 ).

Ниже размещены условия задач и отсканированные решения. Если вам нужно решить задачу на эту тему, вы можете найти здесь похожее условие и решить свою по аналогии. Загрузка страницы может занять некоторое время в связи с большим количеством рисунков. Если Вам понадобится решение задач или онлайн помощь по физике- обращайтесь, будем рады помочь.

Физическое явление - давление света на поверхность - можно рассматривать с двух позиций - корпускулярной и волновой теорий света. Согласно корпускулярной(квантовой) теории света, фотон является частицей и имеет импульс, который при попадании фотона на поверхность полностью или частично передается поверхности. Согласно волновой теории, свет является электромагнитной волной, которая при прохождении через материал оказывает действие на заряженные частицы(сила Лоренца), чем и объясняется давление света в этой теории.

Свет длиной волны 620 нм падает нормально на зачерненную поверхность и оказывает давление 0,1 мкПа. Какое количество фотонов падает на поверхность площадью 5 см 2 за время 10с?

Свет падает нормально на зеркальную поверхность и оказывает на нее давление 40 мкПа. Какова энергетическая освещенность поверхности?

Свет длиной волны 600 нм падает нормально на зеркальную поверхность и оказывает давление 4 мкПа. Какое количество фотонов попадает на поверхность площадью 1 мм 2 за время 10с?

Свет с длиной волны 590 нм падает на зеркальную поверхность под углом 60 градусов. Плотность светового потока 1 кВт/м2. Определить давление света на поверхность.

Источник находится на расстоянии 10 см от поверхности. Давление света на поверхности равно 1 мПа. Найти мощность источника.

Световой поток мощностью 0,8 Вт падает нормально на зеркальную поверхность площадью 6 см2. Найти давление и силу давления света.

Световой поток мощностью 0,9 Вт падает нормально на зеркальную поверхность. Найти силу давления света на эту поверхность.

Свет падает нормально на поверхность с коэффициентом отражения 0,8. Давление света, оказываемое на эту поверхность, равно 5,4 мкПа. Какую энергию принесут падающие на поверхность площадью 1 м2 фотоны за время 1с?

Найти давление света, оказываемое на зачерненную поверхность колбы лампы накаливания изнутри. Колбу считать сферой радиуса 10см, спираль лампы принять точечным источником света мощностью 1 кВт.

Световой поток мощностью 120 Вт/м2 падает нормально на поверхность и оказывает давление 0,5 мкПа. Найти коэффициент отражения поверхности.

Световой падает нормально на идеально отражающую поверхность площади 5 см2.За время 3 мин энергия упавшего света 9 Дж. Найти давление света.

На зеркальную поверхность площадью 4,5 см2 падает свет. Энергетическая освещенность поверхности 20 Вт/см2. Какой импульс передадут фотоны поверхности за время 5с?

Свет падает нормально на зачерненную поверхность и за время 10 мин приносит энергию 20 Дж. Площадь поверхности 3 см2. Найти энергетическую освещенность поверхности и давление света.

Свет с мощностью потока 0,1 Вт/см2 падает на зеркальную поверхность под углом падения 30 градусов. Определить давление света на поверхность.

>> Давление света

§ 91 ДАВЛЕНИЕ СВЕТА

Максвелл на основе электромагнитной теории света предсказал, что свет должен оказывать давление на препятствия.

Под действием электрического поля волны, падающей на поверхность тела, например металла, свободный электрон движется в сторону, противоположную вектору (рис. 11.7). На движущийся электрон действует сила Лоренца , направленная в сторону распространения волны. Суммарная сила, действующая на электроны поверхности металла , и определяет силу светового давления.

Для доказательства справедливости теории Максвела было важно измерить давление света. Многие ученые пытались это сделать, но безуспешно, так как световое давление очень мало. В яркий солнечный день на поверхности площадью 1м 2 действует сила, равная всего лишь 4 10 -6 Н. Впервые давление света измерил русский физик Петр Николаевич Лебедев в 1900 г.

Лебедев Петр Николаевич (1866-1912) - русский физик, впервые измеривший давление света на твердые тела и газы. Эти работы количественно подтвердили теорию Максвелла. Стремясь найти новые экспериментальные доказательства электромагнитной теории света, получил электромагнитные волны миллиметровой длины волны и исследовал все их свойства. Создал первую в России физическую школу. Его учениками были многие выдающиеся советские ученые. Имя Лебедева носит физический институт АН СССР (ФИАН).

Прибор Лебедева состоял из очень легкого стерженька на тонкой стеклянной нити, но краям которого были приклеены легкие крылыптки (рис. 11.8). Весь прибор помещался в сосуд, откуда был выкачан воздух. Свет падал на крылышки, расположенные по одну сторону от стерженька. О значении давления можно было судить по углу закручивания нити. Трудности точного измерения давления света были связаны с невозможностью выкачать из сосуда весь воздух (движение молекул воздуха , вызванное неодинаковым нагревом крылышек и стенок сосуда, приводит к возникновению дополнительных вращающих моментов). Кроме того, на закручивание нити влияет неодинаковый нагрев сторон крылышек (сторона, обращенная к источнику света, нагревается сильнее, чем противоположная сторона). Молекулы, отражающиеся от более нагретой сторо-ны, передают крылышку больший импульс, чем молекулы, отражающиеся от менее нагретой стороны.

Лебедев сумел преодолеть все эти трудности, несмотря на низкий уровень тогдашней экспериментальной техники, взяв очень большой сосуд и очень тонкие крылышки. В конце концов существование светового давления на твердые тела было доказано, и оно было измерено. Полученное значение совпало с предсказанным Максвеллом. Впоследствии после трех лет работы Лебедеву удалось осуществить еще более тонкий эксперимент: измерить давление света на газы.

Появление квантовой теории света позволило более просто объяснить причину светового давления. Фотоны, подобно частицам вещества, имеющим массу покоя, обладают импульсом. При поглощении их телом они передают ему свой импульс. Согласно закону сохранения импульса импульс тела становится равным импульсу поглощенных фотонов . Поэтому покоящееся тело приходит в движение. Изменение импульса тела означает согласно второму закону Ньютона, что на тело действует сила.

Опыты Лебедева можно рассматривать как экспериментальное доказательство того, что фотоны обладают импульсом.

Хотя световое давление очень мало в обычных условиях, его действие тем не менее может оказаться существенным. Внутри звезд при температуре в несколько десятков миллионов Кельвинов давление электромагнитного излучения должно достигать громадных значений. Силы светового давления наряду с гравитационными силами играют значительную роль во впутризвездных процессах.

Давление света согласно электродинамике Максвелла возникает из-за действия силы Лоренца на электроны среды, колеблющиеся под действием электрического поля электромагнитной волны. С точки зрения квантовой теории давление появляется в результате передачи телу импульсов фотонов при их поглощении.

Мякишев Г. Я., Физика. 11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. В. Буховцев, В. М. Чаругин; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. - 17-е изд., перераб. и доп. - М. : Просвещение, 2008. - 399 с: ил.

Учебники по всему предметам скачать , разработка планов уроков для учителей, Физика и астрономия для 11 класса онлайн

Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки