Сегодня: четверг, 20 февраля 2014 г. ДАВЛЕНИЕ СВЕТА Рассмотренные нами явления интерференции, дифракции, поляризации объясняются с точки зрения волновой теории света. Тепловое излуче- ние, фотоэффект, эффект Комптона можно объяс- нить только с позиций квантовых представлений о свете. Свет имеет как бы двойственную природу. Волновые и квантовые свойства света находятся в неразрывном единстве. Единство указанных свойств позволяет глубже понять и истолковать ряд наблюдаемых явлений взаимодействия излучения с веществом.

Рассмотрим с обеих точек зрения механическое действие света – давление, оказываемое им на встречные тела. Рис. 1. Пусть на плоскую поверхность Р падает перпендикулярно к ней электромагнитная волна. Векторыи лежат в плоскости Р и действуют на электрические заряды, входящие в состав тела. Под действием силыэлектрические за – ряды приходят в направленное движение вдоль поверхности, образуя поверхностный ток I.

В металлах это ток проводимости, а в диэлектриках – поляризационный ток смещения. Магнитные силы, действующие на ток, по закону Ампера будут всегда направлены перпендикулярно направлениям тока и магнитного поля, т.е. внутрь тела. Заряды, расположенные на поверхности тела и связанные с его атомами, независимо от знака «вдавливаются» в тело. Ускорение и скорость υ этих зарядов пропорциональны величине Е. Магнитные же силы пропорциональны, т.е., в конечном счете, пропорциональны произведению

Однако последнее выражение пропорционально объемной плотности электромагнитной энергии ω падающей на поверхность тела волны. Точный расчет величины давления света по тенории Максвелла приводит к выражению: где – коэффициент отражения от данной поверхности. (1)(1) Аналогичная формула светового давления может быть получена и с точки зрения фотонной теории света.

В этом случае световое давление следует рассматривать как результат передачи импульса фотонов поглощающей или отражающей поверхности. Поток монохроматического света частоты v, падающий нормально на поверхность и приносящий за 1 с на 1 м 2 энергию равную Е, содержит N фотонов, где N определяется из условия: (2)

Так как каждый фотон обладает импульсом, то он сообщает поглощающей поверхности импульс, а отражающей. Импульс, сообщаемый 1 м 2 абсолютно поглощающей поверхности за 1 с, равен Но импульс, сообщаемый единице поверхности тела в единицу времени – это и есть давление: (3) (4)(4)

Итак, давление на поглощающую поверхность, а на полностью отражающую –. В общем случае, когда коэффициент отражения равен, из полного числа N фотонов, падающих на 1 м 2 за 1 с, поглощается и отражается фотонов. Сообщаемый фотонами единице поверхности в единицу времени импульс равен: (5)(5) (6)(6)

Правая часть последнего выражения находится в согласии с формулой Максвелла и представляет формулу светового давления: (7) Рис. 2. Экспериментально давление света впервые было измерено П.Н.Лебедевым. О результатах он сообщил на конгрессе в Париже в 1900 г. Таким образом, исходя из результатов опыта и теоретических представлений о световом давлении можно утверждать, что свет обладает двойственной корпускулярно-волновой природой..

Как, однако, соединить противоречивые свойства «волна и частица», принадлежащие одному материальному объекту – свету. Рассматривая различные явления, связанные с волновыми свойствами света, например, дифракцию света на дифракционной решетке, можно считать, что освещенность в различных точках экрана прямо пропорциональна вероятности попадания фотонов в эти точки. Однако, с дугой стороны, освещенность пропорциональна интенсивности света, а интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды светового вектора.

Отсюда вывод: квадрат амплитуды световой волны, в какой либо точке есть мера вероятности попадания фотонов в эту точку.

Рис. 3. И.Кеплер. Начало XVII в.

Конец лекции по данной теме