Тема: Химическое действие света. Фотография.

Стр 1 из 2Следующая ⇒

ФИЗИКА, ГРУППА № 34, 09.11.2021 г.

Занятие № 32

Тема: Давление света.

Цель : изучить понятие давление света, сила светового давления; опыты Лебедева.

План:

1. Давление света.

2. Опыты Лебедева.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Давление света.

Давление света (или давление электромагнитного излучения) это механическое давление, оказываемое на любую поверхность в результате обмена импульсом между объектом и электромагнитным полем.

Впервые гипотеза о существовании светового давления была высказана Иоганном Кеплером в XVII веке для объяснения явления хвостов комет при полете их вблизи Солнца.

Спустя более двухсот лет в 1862 году Джеймс Максвелл (1831-1879) предположил, что свет как электромагнитное излучение обладает свойствами импульса и, следовательно, оказывает давление на любую поверхность, с которой контактирует.

Под действием электрического поля волны электроны в телах совершают колебания – образуется электрический ток. Этот ток направлен вдоль напряженности электрического поля E. На упорядоченно движущиеся электроны действует сила Лоренца F со стороны магнитного поля, направленная в сторону распространения волны – это и есть сила светового давления.

Суммарная сила, действующая на электроны поверхности металла, и определяет силу светового давления.

Появление квантовой теории света позволило более просто объяснить причину давления света. Фотоны обладают импульсом. При поглощении их телом они передают ему свой импульс. Такое взаимодействие можно рассматривать как абсолютно неупругий удар.

На поверхность со стороны каждого фотона действует сила:

Давление света P на поверхность:

Т. е. с точки зрения квантовой теории давление появляется в результате передачи телу импульсов фотонов при их поглощении. 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. Световое излучение оказывает давление на материальные предметы, причем величина давления пропорциональна интенсивности излучения.

Опыты Лебедева.

Для доказательства справедливости теории Максвелла 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 1 м² действует сила, равная всего лишь 4 • 10^-6 Н. Впервые давление света измерил русский физик Петр Николаевич Лебедев в 1900 г.

Прибор Лебедева (рис. ниже) состоит из легкого стержня на тонкой стеклянной нити, по краям которой прикреплены легкие крылышки. Весь прибор помещался в стеклянный сосуд, откуда был выкачан воздух. Свет падает на крылышки, расположенные по одну сторону стерженька. О значении давления можно судить по углу закручивания нити. Трудность точного измерения давления света была связана с тем, что из сосуда невозможно было выкачать весь воздух. При проведении эксперимента начиналось движение молекул воздуха, вызванное неодинаковым нагревом крылышек и стенок сосуда. Крылышки невозможно повесить абсолютно вертикально. Нагретые потоки воздуха поднимаются наверх, действуют на крылышки, что приводит к возникновению дополнительных вращающих моментов. Также на закручивание нити влияет неоднородный нагрев сторон крылышек. Сторона, обращенная к источнику света, нагревается больше, чем противоположная. Молекулы, отражающиеся от более нагретой стороны, передают крылышку больший импульс.

Лебедев сумел преодолеть все трудности, несмотря на низкий уровень экспериментальной техники в те времена. Он взял очень большой сосуд и очень тонкие крылышки. Крылышко состояло из двух пар тонких платиновых кружочков. Один из кружочков каждой пары был блестящим с обеих сторон. У других сторон одна сторона была покрыта платиновой чернью. При этом обе пары кружочков различались толщиной.

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.

Опыты Лебедева можно рассматривать как экспериментальное доказательство того, что фотоны обладают импульсом. Хотя в обычных условиях световое давление очень мало, его действие может оказаться существенным. На основе давления Солнца был разработан парус для космических кораблей, который позволит перемещаться в космосе под давлением света.

Вычисления, которые были проведены Максвеллом, совпали с теми результатами, которые произвел Лебедев. Это ярко доказывает квантово-волновой дуализм света.

Опыты П. Н. Лебедева — экспериментальное доказательство факта: фотоны обладают импульсом.

Основная литература по теме урока:

1) Учебник «Физика 11» Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, М. «Просвещение»

2) интернет ресурсы

Домашнее задание: изучить материал, сделать краткий конспект.

Задание скидывать в группу

34 гр. https://vk.com/club194181059

ФИЗИКА, ГРУППА № 34, 09.11.2021 г.

Занятие № 33

Тема: Химическое действие света. Фотография.

Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 35; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!