Интенсивность и давление света — справочник студента

Подробности Категория: О давлении Опубликовано 05.12.2014 12:08 Просмотров: 11474

Интенсивность и давление света - Справочник студента

Оказывается, давление могут создавать не только твёрдые тела, жидкости и газы. Пáдая на поверхность тела, световое электромагнитное излучение также оказывает на неё давление.

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Оценим за полчаса!

Теория светового давления

Интенсивность и давление света - Справочник студента

Иоганн Кеплер

Впервые предположение о том, что давление света существует, было сделано немецким учёным Иоганном Кеплером в XVII веке. Изучая поведение комет, пролетающих вблизи Солнца, он обратил внимание на то, что хвост кометы всегда отклоняется в сторону, противоположную Солнцу. Кеплер предположил, что каким-то образом это отклонение вызывается воздействием солнечных лучей.

  • Теоретически существование светового давления было предсказано в XIX веке британским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом, создавшим электромагнитную теорию и утверждавшим, что свет — это также электромагнитные колебания, и он должен оказывать давление на препятствия.
  • Интенсивность и давление света - Справочник студента
  • Джеймс Клерк Максвелл

Свет — это электромагнитная волна. Она создаёт электрическое поле, под действием которого электроны в теле, встречающемся на её пути, совершают колебания.

В теле возникает электрический ток, направленный вдоль напряжённости электрического поля. Со стороны магнитного поля на электроны действует сила Лоренца.

Её направление совпадает с направлением распространения световой волны. Эта сила и есть сила светового давления.

По расчётам Максвелла, солнечный свет производит на чёрную пластину, расположенную на Земле, давление определённой величины (р = 4 ·10-6 Н/м2). А если вместо чёрной пластины взять светоотражающую, то световое давление будет в 2 раза больше.

Но это было всего лишь теоретическое предположение. Чтобы доказать его, нужно было подтвердить теорию практическим экспериментом, то есть измерить величину светового давления. Но так как его величина очень мала, то практически сделать это чрезвычайно сложно.

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!
Читайте также:  Осуществление права собственности - справочник студента

Оценим за полчаса!

Интенсивность и давление света - Справочник студента

Пётр Николаевич Лебедев

На практике это осуществил русский физик-экспериментатор Пётр Николаевич Лебедев. Опыт, проведенный им в 1899 г., подтвердил предположение Максвелла о том, что световое давление на твёрдые тела существует.

Опыт Лебедева

Интенсивность и давление света - Справочник студента

Схематичное изображение эксперимента Лебедева

Для проведения своего опыта Лебедев создал специальный прибор, который представлял собой стеклянный сосуд. Внутрь сосуда помещался лёгкий стерженёк на тонкой стеклянной нити. По краям этого стерженька были прикреплены тонкие лёгкие крылышки из различных металлов и слюды. Из сосуда выкачивался воздух.

С помощью специальных оптических систем, состоящих из источника света и зеркал, пучок света направлялся на крылышки, расположенные с одной стороны стерженька. Под воздействием светового давления стерженёк поворачивался, и нить закручивалась на какой-то угол.

По величине этого угла и определяли величину светового давления.

Интенсивность и давление света - Справочник студента

Прибор Лебедева

Но этот эксперимент не давал точных результатов. При его проведении существовали свои сложности. Так как вакуумных насосов в те времена не существовало, пользовались обычными механическими. А с их помощью в сосуде невозможно было создать абсолютный вакуум.

Даже после откачивания в нём оставалось некоторое количество воздуха. Крылышки и стенки сосуда нагревались неодинаково. Сторона, обращённая к световому лучу, нагревалась быстрее. И это вызывало движение молекул воздуха. Наверх поднимались потоки более нагретого воздуха.

Так как абсолютно вертикально крылышки установить невозможно, то эти потоки создавали дополнительные крутящие моменты. Кроме того, сами крылышки нагревались неодинаково. Сторона, обращённая к источнику света, нагревалась сильнее.

В результате оказывалось дополнительное воздействие на угол поворота нити.

Чтобы сделать эксперимент более точным, Лебедев взял сосуд очень большого объёма. Крылышко он сделал из двух пар очень тонких кружочков из платины. Причём толщина кружочков одной пары отличалась от толщины кружочков другой пары.

По одну сторону стерженька кружочки были блестящими с обеих сторон, по другую — одну из сторон покрыли платиновой чернью. Пучки света направлялись на них то с одной, то с другой стороны, чтобы уравновесить силы, действующие на крылышки. В результате давление света на крылышки было измерено.

Результаты опыта подтвердили теоретические предположения Максвелла о существовании светового давления. А его величина была почти такой же, как и предсказал Максвелл.

В 1907 — 1910 г.г. с помощью более точных экспериментов Лебедев измерил давление света на газы.

  1. Свет, как любое электромагнитное излучение, обладает энергией Е.
  2. Его импульс р = Ev/c2,
  3. где v — скорость электромагнитного излучения,
  4. c — скорость света.
  5. Так как v = с, то р = E/с.

С появлением квантовой теории свет стали рассматривать как поток фотонов — элементарных частиц, квантов света. Ударяясь о тело, фотоны передают ему свой импульс, то есть оказывают давление.

Солнечный парус

  • Интенсивность и давление света - Справочник студента
  • Фридрих Артурович Цандер
  • Хоть величина светового давления очень мала, тем не менее, оно может принести пользу человеку.

Ещё в 1920 г. советский учёный и изобретатель Фридрих Артурович Цандер, один из создателей первой ракеты на жидком топливе, выдвинул идею полетов в космос с помощью солнечного паруса. Она была очень проста. Солнечный свет состоит из фотонов. А они создают давление, передавая свой импульс любой освещённой поверхности. Следовательно, для того чтобы привести в движение космический аппарат, можно использовать давление, создаваемое солнечным светом или лазером на зеркальной поверхности. Такой парус не нуждается в ракетном топливе, и время его действия не ограничено. А это позволит взять больше груза по сравнению с обычным космическим кораблём с реактивным двигателем.

  1. Интенсивность и давление света - Справочник студента
  2. Солнечный парус
  3. Но пока что это только проекты по созданию звездолётов с солнечным парусом в качестве основного двигателя.

Источник: http://ency.info/materiya-i-dvigenie/o-davlenii/367-davlenie-sveta

Интенсивность освещения. В чем она измеряется и какой должна быть?

Свет играет огромную роль не только в интерьере, но и в нашей жизни в целом. Ведь от правильной освещенности помещения зависит эффективность работы, а так же наше психологическое состояние. Свет дает человеку возможность не только видеть, но и оценивать цвета и формы окружающих предметов.

Интенсивность и давление света - Справочник студента

Конечно, для человеческих глаз наиболее комфортен естественный свет. При таком освещении все видно очень хорошо и без искажений цветов. Но не всегда естественное освещение присутствует, в темное время суток, например, приходиться обходиться искусственными источниками света.

Чтобы глаза не напрягались, и не портилось зрение, необходимо создать оптимальные условия света и тени, создавая максимально комфортное освещение.

Интенсивность и давление света - Справочник студента

Для глаз самое приятное освещение — естесcтвенное

Освещение, так же как и многие другие факторы, оценивается по количественным и качественным параметрам. Количественные характеристики определяются интенсивностью света, а качественные – его спектральным составом и распределением в пространстве.

Как и в чем измеряется интенсивность света?

У света есть множество характеристик и на каждую существует своя единица измерения:

  • Сила света характеризует величину световой энергии, которая переносится за определенное время в какое-либо направление. Она измеряется в канделах (кд), 1 кд приблизительно равна силе света, который излучает одна горящая свеча;
  • Яркость так же измеряется в канделах, помимо этого существуют такие единицы измерения, как стильб, апостильб и ламберт;
  • Освещенность – это отношение светового потока, который падает на определенный участок, к его поверхности. Измеряется она в люксах.
Читайте также:  Система нормативного регулирования бухгалтерского учета и отчетности в россии - справочник студента

Именно освещенность является важным показателем для правильной работы зрения. Для того, чтобы определить эту величину используется специальный прибор для измерения. Называется он люксометр.

Интенсивность и давление света - Справочник студента

Люксометр – это прибор для измерения освещенности.

Состоит данный прибор из приемника света и измерительной части, она бывает стрелочного типа или электронного.

Приемник света – это фотоэлемент, который преобразует световую волну в электрический сигнал и направляет в измерительную часть.

Это устройство является фотометром и обладает заданной спектральной чувствительностью. С его помощью можно измерить не только видимый свет, но и инфракрасное излучение и т. д.

Данный прибор используется как в производственных помещениях, так и в учебных заведениях, а так же дома. Для каждого вида деятельности и занятий существуют свои нормы того, какой должна быть интенсивность света.

Комфортная интенсивность освещения

Зрительный комфорт зависит от многих факторов. Безусловно, самым приятным для человеческого глаза является солнечный свет. Но современный ритм жизни диктует свои правила, и очень часто приходится работать или просто находиться при искусственном освещении.

Производители осветительных приборов и ламп стараются создавать такие источники света, которые отвечали бы особенностям зрительного восприятия людей и создавали бы максимально комфортный по интенсивности свет.

Интенсивность и давление света - Справочник студента

  • Свет от лампы накаливания наиболее точно передает естественные оттенки
  • В обычных лампах накаливания в качестве источника освещения используется раскаленная пружина, а потому, этот свет наиболее похож на естественный.
  • Лампы разделяют на следующие категории по типу света, который они дают:
  • теплый свет, имеющий красноватые оттенки, он хорошо подходит для домашней обстановки;
  • нейтральный свет, белый, используется для освещения рабочих мест;
  • холодный свет, голубоватый, предназначен для мест, где выполняются работы высокой точности или для мест с жарким климатом.

Важно не только то, к какому типу относятся лампы, но и конструкция самого светильника или люстры: сколько лампочек вкручивается туда, куда направлен свет, закрыты или открыты плафоны – все эти особенности нужно учитывать при выборе осветительного прибора.

Нормы освещенности зафиксированы в нескольких документах, самые главные это: СНиП (строительные нормы и правила) и СанПиН (санитарные правила и нормы). Существуют также МГСН (Московские городские строительные нормы), а так же свой свод правил для каждого региона.

Именно на основе всех этих документов и принимается решение о том, какой должна быть интенсивность освещения.

Безусловно, задумываясь о том, какую люстру повесить в гостиную, спальню или кухню, никто не замеряет интенсивность освещения с помощью люксометра. Однако, знать в общих чертах какой свет будет комфортней для глаз, очень полезно.

В Таблице 1 приведены нормы освещенности для жилых помещений:

Таблица 1

Вид помещения Норма освещенности в люксах
Ванные комнаты, санузлы, душевые 50
Кухни 150
Жилые комнаты 150
Детская комната 200
Квартирные коридоры 50

В Таблице 2 привдены нормы освещенности для офисов

Вид помещения Норма освещенности в люксах
Офис, где используются компьютеры 200-300
Большой офис со свободной планировкой 400
Офис для чертежных работ 500
Конференц-зал 200
Архив 75
Холл 50-75

В домашних условиях, без специального оборудования трудно измерить освещение в помещениях, а потому для того чтобы понять, какую лампу выбрать, стоит обратить внимание на цвет (холодный, нейтральный или теплый) и количество Ватт. В помещениях для отдыха лучше использовать не слишком яркие, а в рабочих кабинетах – с более интенсивным светом.

Поскольку для глаз наиболее приятно естественное освещение, то предпочтение в домашней обстановке стоит отдавать лампам, дающим теплый свет. Когда мы приходим домой, глазам обязательно нужен отдых после напряженного рабочего дня. Правильно подобранные по яркости лампы для люстр и светильников помогут создать подходящее по интенсивности освещение.

Источник: http://elissvet.ru/blog/35-intensivnost-osveshcheniya-v-chem-ona-izmeryaetsya-i-kakoj-dolzhna-byt/

Давление света. Опыт Лебедева

  • Часть 4
  • ОПТИКА. СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
  • Раздел 10 ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ТЕОРИЯ СВЕТА

10.3. Давление света. Опыт Лебедева

Из электромагнитной теории света Максвелла следует, что в электромагнитной волне кроме энергии присущ еще и импульс.

Поэтому световые волны, падающие на любое тело, передавая ему свой импульс, должны оказывать на него давление. В случае полного поглощения света телом световые волны просто отдают ему свой импульс.

При полном отражении света от тела, как в случае упругого удара шары, световые волны придают телу двойного импульса.

Еще со времен И. Кеплера с помощью представлений о световое давление объясняли формы хвостов комет. Однако ньютонівська теория истечения, что царила в то время, давала неправильное значение для светового давления.

В волновой теории света эффект давления становится менее наглядным и характерно, что этот эффект до появления электромагнитной теории вообще не обсуждался с волновой точки зрения. Дж. Максвелл на основе электромагнитной теории вычислил значение светового давления.

Однако его подсчеты имели абстрактный и не совсем строгий характер, а потому не сразу приобрели общего признание.

Рассмотрим действие электромагнитной (световой) волны на поверхность тела. Для упрощения будем считать, что световые лучи перпендикулярны к поверхности (а фронт волны параллелен ей).

Действие электрического поля волны окажется в том, что в теле возникнут токи, параллельные поверхности. Взаимодействие этих токов с магнитным полем световой волны приведет к возникновение силы, действующей на поверхность тела в направлении движения фронта волны, т.е.

перпендикулярно к поверхности. Исходя из таких соображений, можно получить формулу для определения светового давления:

Интенсивность и давление света - Справочник студента

где Е — энергетическая освещенность поверхности, т.е. плотность потока световой энергии, падающий на данную поверхность; с — скорость света; ρ — коэффициент отражения. Числовое значение светового давления очень малое. Так, давление солнечных лучей, что падает перпендикулярно на черную
поверхность, составляет около 4,7 ∙ 10-6 Па.

Экспериментально существование светового давления впервые установил 1900 г. русский физик П. М. Лебедев (1866-1912). Опыты П. М. Лебедева полностью подтвердили формулу (10.18).

Для измерения светового давления он направил интенсивный световой поток на легкие металлические пластинки, подвешенные на тонкой нити в баллоне, из которого был выкачан воздух. Пластинки левого ряда подвеса были черными, а пластинки правого — блестящими.

Поэтому давление света на пластинки левого ряда р = Е/с был меньше, чем на пластинки правого ряда, где р= Е/с
(1 + ρ). Вследствие этого под влиянием падающего света подвес возвращался на определенный угол, по значению которого можно было определить силу закручивания и, следовательно, световое давление. На рис. 10.

4 изображен подвижную часть прибора Лебедева. Для осуществления эксперимента надо было учесть и максимально ослабить побочные эффекты. В таких эффектов прежде всего принадлежит радиометрический эффект и конвекционные потоки. Радиометрический эффект обусловлен движением молекул. При освещении пластинки будут нагреваться неодинаково.

С той стороны, где на пластинку будет падать свет, она будет нагреваться больше, чем с противоположной. Поэтому молекулы, ударяясь об освещенную поверхность, відскакуватимуть от нее с большей энергией и придадут ей больший импульс, чем молекулы, падающие на противоположный, неосвещенную сторону пластинки.

Поэтому давление будет больше с той стороны, где пластинка теплее, так там и газ нагрет сильнее (с освещенной стороны). Этот эффект пропорционален толщине пластинки и для толстых пластинок значительно больший за световое давление. П. М. Лебедев, применяя пластинки разной толщины, исключил радиометрический эффект и получил надежные результаты.

Интенсивность и давление света - Справочник студента

Рис. 10.4

Для уменьшения радиометрического эффекта и избежания конвекционных потоков П. М. Лебедев максимально уменьшал плотность газа в баллоне, в котором содержалась подвижная часть прибора. П. М. Лебедеву удалось достичь высокого вакуума в баллоне, что на то время было очень сложно. В 1908 г.

он совершил еще более точные опыты и установил и измерил световое давление на газы. Эти опыты подтвердили справедливость гипотезы Ф. О. Бредихина об образовании кометных хвостов в результате светового давления на частицы, их образующие.

Эти силы отталкивания обусловлены давлением на частицы со стороны солнечных лучей.

Значение опытов П. М. Лебедева очень большое и не исчерпывается просто подтверждением электромагнитной теории света. В этих опытах установлено наличие механического импульса света, что является существенным для решения вопроса о инертную массу света и более общей проблемы пропорциональности массы и энергии.

Результаты опытов П. М. Лебедева опровергли мнение, которая царила в XIX ст., о том, что свету не свойственна масса, а это порождало утверждение о нематериальности света.

Открытие светового давления доказывало, что световой поток имеет не только энергию, но и массу и, следовательно, составляет неразрывное единство материи и движения. П. М. Лебедев впервые экспериментально установил давление света и показал, что он незначительный.

Сейчас с помощью оптических квантовых генераторов можно достать практически достаточно большие световые давления. Например, выходная мощность квантового генератора на розовом рубине за время короткого вспышки достигает 10 000 Вт в пучке с поперечным сечением, меньше чем 1 см2.

Хотя вспышка излучения и короткий, его мощность в тысячу раз больше той, которую можно достать фокусировкой солнечного света. Теоретическое объяснение опыта П. М. Лебедева с определение давления света можно получить также, исходя из корпускулярных представлений о природе света.

Источник: http://na-uroke.in.ua/102-52.html

Давление световых лучей. Опыты П. Н. Лебедева — Технарь

Из электромагнитной теории Максвелла следует, что свет, падающий на тело, оказывает на него давление. Поэтому достаточно легкое тело можно привести в движение силой светового давления. Однако эта сила очень мала.

Вычисления Максвелла показали, что на Земле солнечный свет давит на квадратный метр черной поверхности, расположенной перпендикулярно лучам, с силой 4,5-10-6 Н.

Обнаружить и измерить такую силу на опыте очень трудно, так как одностороннее нагревание поверхности тела лучами вызывает увеличение давления окружающего воздуха на эту поверхность, превышающее во много раз световое давление.

Первым преодолел трудности такого эксперимента в 1900 г. русский физик П. Н. Лебедев. В его установке свет падал на тонкий легкий кружок R, укрепленный на подвеске (рис. 35.1). Подвеска висела на тончайшей кварцевой нити Н в камере, внутри которой создавался высокий вакуум. По углу закручивания подвески определялась сила давления света на кружок.

Опыты Лебедева полностью подтвердили электромагнитную теорию света Максвелла. Позднее Лебедев измерил давление света на газы, которое оказалось значительно меньше давления света на твердые тела. Опыты Лебедева — классический образец тончайшего физического эксперимента.

При очень малых размерах частиц сила светового давления на них может превысить действующую на них силу тяжести. При наблюдении за кометами было установлено, что при приближении к Солнцу у кометы часто образуется хвост, всегда направленный от Солнца (рис.

35.2). Еще Кеплер считал, что образование кометных хвостов вызвано давлением солнечного света. В работах Лебедева это объяснение получило экспериментальное подтверждение. Заметим, что большую роль в образовании пометных хвостов играет также солнечный ветер.

Давление света на тело Максвелл объяснил с помощью электромагнитной теории. Однако проще и нагляднее его можно объяснить действием множества ударов потока фотонов, бомбардирующих облучаемую поверхность.

Интенсивность и давление света - Справочник студента

Величина силы, действующей на тело, определяется изменением импульса (количества движения) за единицу времени. Если на какое-то тело, например кружок в опыте Лебедева, за время Δt падает излучение, обладающее массой m, то оно передает кружку за это время импульс Δ (mc). Это означает, что излучение действует на кружок с силой Fд:

Fд = Δ(mc)/Δt.              (35.1)

Если поверхность тела полностью поглощает падающее на него излучение (является абсолютно черной), то изменение импульса светового излучения Δ(mc) будет просто равно импульсу mc, т. е. Fд = mc/Δt. Отсюда получаем, что давление света:

р = Fд/S = mc/(S Δt),  (35.2)

где S — площадь облучаемой поверхности.

Энергия излучения связана с его массой соотношением Эйнштейна: Е = mc2. Отсюда mc=Е/с и, подставив это значение импульса светового излучения в (35.2), получим:

p = E/(cS Δt).  (35.3)

Поскольку E выражает энергию излучения, падающего на тело за время Δt, то E/(S Δt) — энергия излучения, падающего на единицу площади поверхности тела за единицу времени, называемая интенсивностью волны. Обозначив интенсивность волны буквой J, из (35.3) получим формулу Максвелла для вычисления давления электромагнитных волн на поверхность тела, полностью поглощающего эти волны:

Читайте также:  Действие магнитного поля на ток - справочник студента

p=J/с.                (35.4)

Опыты Лебедева подтвердили справедливость этого соотношения.

Источник: https://tehnar.net.ua/davlenie-svetovyih-luchey-opyityi-p-n-lebedeva/

Интенсивность и давление света

Определение 1

Интенсивность света I в выбранной точке – это модуль средней по времени величины плотности потока энергии, которую световая волна переносит.

  • Определение плотности потока электромагнитной энергии возможно при помощи вектора Умова-Пойнтинга P→. Отсюда следует, что математический вид определения интенсивности света записывается в виде формулы:
  • I=P→=E→×H→.
  • По выражению усреднение проводится за период времени t, причем больший по сравнению с периодом колебания волны T t≫T. Интенсивность света записывается как:
  • It=1T∫tt+TP→(t)dt.
  • В системе СИ единицей измерения является Втм2.
  • Модули амплитуд (Em и Hm) векторов напряженностей электрического E→ и магнитного H→ полей в электромагнитной волн записываются в виде отношения:
  • Имеем, что μ≈1. Необходимо выразить амплитуду Hm:
  • где n=εμ=ε при μ≈1 является показателем преломления вещества, в котором распространяется свет.
  • Модуль среднего значения вектора Умова-Пойнтинга пропорционален произведению амплитуд Em·Hm.

Примечание 1

Интенсивность света не может быть измерена в связи с тем, что поле изменяется с высокой частотой ν=1015 Гц, соответственно период колебаний составляет T=10-15 с, а приемники колебаний обладают временем инерции существенно больше, чем 10-15 c.

Отсюда следует, что среднее значение интенсивности можно регистрировать. Также возможно измерение средней интенсивности, но не фазы поля.

Давление света

По закону сохранения при поглощении и отражении света телом ему сообщается импульс, равняющийся разности импульсов пучка света до и после этих процессов.

Отсюда следует, что на тело действует сила, свет производит соответствующее давление на тело.

Еще Кеплер выдвинул свое предположение о существовании давления света, которое было принято при рассмотрении отклонений хвостов комет от Солнца.

Последователи волновой теории отрицали давление света, отсутствие доказательств опытами о существовании светового давления служило аргументом против корпускулярной. То есть существование светового давления считалось следствием электромагнитной теории.

  1. Если световая волна падает перпендикулярно плоскости поверхности тела и полностью поглощает свет, то определение давления p производится по формуле.
  2. Где G считается плотностью импульса световой волны, P – модулем вектора Умова-Пойнтинга, с – скоростью света в вакууме.
  3. Если происходит полное отражение света при помощи поверхности тела, то импульс, который при помощи него передается, имеет значение в 2 раза больше, также как и значение давления.

При падении световой волны на поверхность под углом относительно нормали, производя расчеты давления, применяют только перпендикулярную составляющую плотности потока энергии. Если имеются обычные условия, то давление крайне малое, то есть в 1010 раз меньше атмосферного.

Примечание 2

П.Н. Лебедев в 1899 году смог измерить световое давление. Для этого он применил крутильные весы, находящиеся в вакууме. Позже его опыты определения существования давления света подтвердили электромагнитную теорию света Максвелла.

Определение 2

Давление электромагнитных волн считается результатом воздействия электрического поля волны частицы вещества, которые обладают электрическим зарядом, движутся упорядоченно, на них действуют силы Лоренца.

Примеры

Пример 1

Определить давление, оказываемое плоской световой волной, падающей перпендикулярно относительно поверхности тела и поглощаемой телом. Значение амплитуды напряженности электрического поля равняется 2 Вм.

Решение

Будем использовать формулу:

p=Pc (1.1).

Где P принимается за среднее значение модуля вектора Умова-Пойнтинга, c=3·108 мс – за скорость света в вакууме.

Для нахождения среднего значения модуля вектора Умова-Пойнтинга необходимо использовать:

P=E·H (1.2).

В условии имеем плоскую волну, тогда уравнение ее колебаний зафиксируем как:

E=Emcos ωt-kx, H=Hmcos ωt-kx (1.3).

Для нахождения значения амплитуды напряжения магнитного поля следует применить:

εε0Em=μμ0Hm (1.4).

Когда для вакуума ε=1, μ=1, можно выразить из (1.4) Hm. Получим:

Hm=ε0μ0Em (1.5),

где μ0=4π·10-7 Гнм, ε0=14π·9·109Фм. Это говорит о том, что средним значением модуля вектора Умова-Пойнтинга будет:

P=Emcos ωt-kx·ε0μ0Emcosωt-kx=ε0μ0Em2cosωt-kx==12ε0μ0Em2 (1.6).

Далее производим подстановку правой части выражения (1.6) в (1.1) вместо P, тогда искомое давление света:

  • p=12ε0μ0Em2c.
  • Заменим числовые значения и получим:
  • p=12·3·10814π·10-7·4π·9·109·4=4120π·6·108=1,77·1011 (Па)
  • Ответ: 17,7 пПа.

Пример 2

Определить интенсивность I плоской световой волны, распространяющейся вдоль Ох. Значение напряженности электрического поля волны равняется EmВм.

Решение

Из определения выявим интенсивность световой волны:

I=P (2.1).

Запись модуля вектора Умова-Пойтинга для плоской световой волны обозначится как:

P=EH=EmHmcos2ωt-kx (2.2).

Среднее значение P:

P=12EmHm 2.3, так как cos2ωt-kx=12.

Сравнивая с примером 1, можно произвести выражение амплитуды напряженности магнитного поля:

εε0Em=μμ0Hm→Hm=εε0μμ0Em (2.4).

Из (2.1), (2.3), (2.4) получим:

I=12εε0μμ0Em2.

Ответ: I=12εε0μμ0Em2.

Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter

Источник: https://Zaochnik.com/spravochnik/fizika/volnovaja-optika/intensivnost-i-davlenie-sveta/

Ответы Mail.ru: Что такое "давление света" ?

Давление света — давление, оказываемое светом на отражающие и поглощающие тела, частицы, а также отдельные молекулы и атомы; одно из пондеромоторных действий света, связанное с передачей импульса электромагнитного поля веществу. Гипотеза о существовании давления света была впервые высказана И. Кеплером (J.Kepler) в 17 в. для объяснения отклонения хвостов комет от Солнца.

Теория давление света в рамках классической электродинамики дана Дж. Максвеллом (J.Maxwell) в 1873. В ней давление света тесно связано с рассеянием и поглощением электромагнитной волны частицами вещества. В рамках квантовой теории давление света — результат передачи импульса фотонами телу.

При нормальном падении света на поверхность твердого тела давление света определяется формулой p = S(1 — R)/c, где S — плотность потока энергии (интенсивность света) , R — коэффициент отражения света от поверхности. Экспериментально давление света на твердые тела было впервые исследовано П. Н. Лебедевым в 1899.

Основные трудности в экспериментальном обнаружении давления света заключались в выделении его на фоне радиометрических и конвективных сил, величина которых зависит от давления окружающего тело газа и при недостаточном вакууме может превышать давление света на несколько порядков. В опытах Лебедева в вакуумированном ( мм рт. ст.

) стеклянном сосуде на тонкой серебряной нити подвешивались коромысла крутильных весов с закрепленными на них тонкими дисками-крылышками, которые и облучались. Крылышки изготавливались из различных металлов и слюды с идентичными противоположными поверхностями.

Последовательно облучая переднюю и заднюю поверхности крылышек различной толщины, Лебедеву удалось нивелировать остаточное действие радиометрических сил и получить удовлетворительное (с ошибкой %) согласие с теорией Максвелла. В 1907-10 Лебедев выполнил еще более тонкие эксперименты по исследованию давления света на газы и также получил хорошее согласие с теорией.

Давление света играет большую роль в астрономических и атомных явлениях. В астрофизике давление света наряду с давлением газа обеспечивает стабильность звёзд, противодействуя силам гравитации. Действием давления света объясняются некоторые формы кометных хвостов. К атомным эффектам относится т. н. световая отдача, которую испытывает возбужденный атом при испускании фотона. http://www.astronet.ru/db/msg/1177637

Давление света — давление, которое оказывает свет, падающий на поверхность тела. Определяется формулой Максвелла.

Давление света — давление, оказываемое светом на отражающие и поглощающие тела, частицы, а также отдельные молекулы и атомы;
Согласно сегодняшним представлениям свет обладает корпускулярно-волновым дуализмом, то есть проявляет свойства частиц (фотонов) и свойства волн (электромагнитного излучения) . Давление света впервые было экспериментально открыто и измерено П. Н. Лебедевым (1899). Величина Д. с. даже для самых сильных источников света (Солнце, электрическая дуга) ничтожно мала и маскируется в земных условиях побочными явлениями (конвекционными токами, радиометрическими силами
Если рассматривать свет как поток фотонов, то, согласно принципам классической механики, частицы при ударе о тело должны передавать импульс, другими словами — оказывать давление. Такое давление иногда называют радиационным давлением.

согласен полностью с предыдущими ответчиками. Добавлю лишь, что во времена начала освоения Космоса какой-то спутник именно из-за давления света пролетал на орбите не 15 лет, а только 5. Не учли. ))) Позже стали учитывать

Источник: https://touch.otvet.mail.ru/question/11577782

Интенсивность и давление света

Понятие 1

Интенсивностью света ( I ) в избраннои̌ точке называют модуль средней по времени величины плотности потока энергии, которую световая волна переносит. В свою очередь плотность потока электромагнитнои̌ энергии определяют с помощью вектора Умова — Пойнтинга ( overrightarrow{P} ). Значит, в математическом виде определение интенсивности света можно записать как:

[I=left|leftlangle overrightarrow{P}
ight
angle ight|=left|leftlangle overrightarrow{E} imes overrightarrow{H}
ight
angle ight|left(1
ight),]

где усреднение производят за время ( t ) много большее, чем период ( T ) колебаний волны: ( tgg T ). Понятие интенсивности света можно записать в виде:

[Ileft(t
ight)=frac{1}{T}intlimits^{t+T}_t{left|overrightarrow{P}left(t
ight)
ight|}dt(2)]

Единицами измерения интенсивности света в СИ , обычно служат frac{Вт}{м^2}.

  • Модули амплитуд ( E_m и H_m ) векторов напряжённостей электрического ( overrightarrow{E} ) и магнитного ( overrightarrow{H} ) полей в электромагнитнои̌ волне связаны соотношением:
  • где считаем, что mu approx 1. Выразим ᴎɜ (3) амплитуду H_m , получим:
  • где n=sqrt{varepsilon mu }=sqrt{varepsilon} при mu approx 1 — показатель преломления вещества, в котором распространяется свет. Из выражения (4) следует, что:
  • Модуль среднᴇᴦο значения вектора Умова — Пойнтинга пропорционален произведению амплитуд E_m cdot H_m , значит можно записать, что интенсивность света:

Примечание 1

Давление света

В соответствии с законом сохранения в случае, когда тело поглощает или отражает свет, ему сообщается импульс, который равен разности импульсов пучка света до и после поглощения или отражения.

Значит, на тело действует сила, свет производит на тело соответствующее давление.

Предположение о существовании давления света была выдвинута Кеплером, который рассматривал отклонение хвостов комет от Солнца.

При перпендикулярном падении световой волны на плоскую поверхность тела, и полном поглощении света, ᴇᴦο давление ( p ) определяют как:

где G — плотность импульса световой волны, P — модуль вектора Умова — Пойнтинга (надо отметить, что на практике часто используют ᴇᴦο среднее значение), c — скорость света в вакууме.

при ϶том плотность потока отражаемой энергии ( P_{otr} ) выразим как:

Принимая во внимание выражения (8) и (9) давление определим:

Примечание 2

Первым световое давление измерил П.Н. Лебедев в 1899 г. Он использовал крутильные весы, которые находились в вакууме. Значение опытов Лебедева в том, что существование давления света подтверждало электромагнитную теорию света Максвелла.

Понятие 2

Итак, давление электромагнитных волн — результат того, что при воздействии электрического поля волны цы вещества, обладающие электрическим зарядом, упорядочено движутся, на них действуют силы Лоренца.

Пример 1

Задание: Каким будет давление, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ оказывает плоская световая волна, которая па перпендикулярно на поверхность тела и полностью телом поглощается? Амплитуда напряженности электрического поля при ϶том равна 2frac{В}{м} .

  1. Решение:
  2. За основу решения задачи примем выражение:
  3. где leftlangle P
    ight
    angle — среднее значение модуля вектора Умова — Пойнтинга, c=3cdot {10}^8frac{м}{с} — скорость света в вакууме.
  4. При ϶том среднее значение модуля вектора Умова — Пойнтинга найдем как:
  5. Так как по условию задачи мы имеем плоскую волну, то уравнение колебаний её составляющих запишем как:
  6. С целью найти значение амплитуды напряжения магнитного поля воспользуемся соотношением:

[p=frac{leftlangle P
ight
angle }{c}left(1.1
ight),] [leftlangle P
ight
angle =leftlangle Ecdot H
ight
angle left(1.2
ight).] [E=E_m{cos left(omega t-kx
ight) }, H=H_m{cos left(omega t-kx
ight) }left(1.3
ight).] [sqrt{varepsilon {varepsilon }_0}E_m=sqrt{mu {mu }_0}H_mleft(1.4
ight).] [H_m=sqrt{frac{varepsilon_0}{mu_0}}E_mleft(1.5
ight),]

где mu_0=4pi cdot {10}^{-7}frac{Гн}{м}, varepsilon_0=frac{1}{4pi cdot {9cdot 10}^9}frac{Ф}{м} . В таком случае среднее значение модуля вектора Умова — Пойнтинга равно:

[leftlangle P
ight
angle =leftlangle E_m{cos left(omega t-kx
ight) }cdot sqrt{frac{{varepsilon }_0}{{mu }_0}}E_m{cos left(omega t-kx
ight) }
ight
angle =sqrt{frac{{varepsilon }_0}{{mu }_0}}{E_m}^2leftlangle {cos left(omega t-kx
ight) }
ight
angle =frac{1}{2}sqrt{frac{{varepsilon }_0}{{mu }_0}}{E_m}^2left(1.6
ight).]

Подставим правую часть выражения (1.6) в формулу (1.1) вместо величины leftlangle P
ight
angle , получим искомое давление света:

[p=frac{frac{1}{2}sqrt{frac{{varepsilon }_0}{{mu }_0}}{E_m}^2}{c}.]

Проведем вычисления:

[p=frac{1}{2cdot 3cdot {10}^8}sqrt{frac{1}{4pi cdot {10}^{-7}cdot 4pi cdot {9cdot 10}^9}}cdot 4=frac{4}{120pi cdot 6cdot {10}^8}=1,77cdot {10}^{11}(Па).]

Ответ: p=17,7пПа.

Пример 2

Задание: Какой будет интенсивность ( I ), плоской световой волны, которая распространяется вдоль оси X ? Амплитуда напряженности электрического поля волны при ϶том равна E_m(frac{В}{м}) .

  • Решение:
  • По определению интенсивность световой волны можно найти как:
  • Для плоской световой волны модуль вектора Умова — Пойнтинга запишем как (см. Пример 1):
  • Тогда среднее значение leftlangle P
    ight
    angle можно выразить как:
  • так как leftlangle c{os}^2left(omega t-kx
    ight)
    ight
    angle =frac{1}{2}.
  • При ϶том так же, как в примере 1, выразим амплитуду напряженности магнитного поля:

[I=leftlangle P
ight
angle left(2.1
ight).] [P=EH=E_mH_mc{os}^2left(omega t-kx
ight)left(2.2
ight).] [leftlangle P
ight
angle =frac{1}{2}E_mH_mleft(2.3
ight),] [sqrt{varepsilon {varepsilon }_0}E_m=sqrt{mu {mu }_0}H_m o H_m=sqrt{frac{varepsilon {varepsilon }_0}{mu {mu }_0}}E_mleft(2.4
ight).]

Используя выражения (2.1), (2.3) и (2.4), запишем:

[I=frac{1}{2}sqrt{frac{varepsilon {varepsilon }_0}{mu {mu }_0}}{E_m}^2.]

Ответ: I=frac{1}{2}sqrt{frac{varepsilon {varepsilon }_0}{mu {mu }_0}}{E_m}^2.

Источник: http://referatwork.ru/info-lections-55/tech/view/1654_intensivnost_i_davlenie_sveta

Ссылка на основную публикацию