Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
физика вопросы.doc
Скачиваний:
15
Добавлен:
28.10.2018
Размер:
1 Мб
Скачать
☆

В отсутствие рассеяния

Для вычисления давления света при нормальном падении излучения и отсутствии рассеяния можно воспользоваться следующей формулой:

где I — количество лучистой энергии, падающей нормально на 1 м² поверхности за 1 с, т. е. интенсивность падающего излучения;  — скорость света,  — коэффициент пропускания,  — коэффициент отражения.

Давление солнечного света на перпендикулярную свету зеркальную поверхность, находящуюся в космосе в районе Земли, легко рассчитать через плотность потока солнечной (электромагнитной) энергии на расстоянии одной астрономической единицы от Солнца (солнечная постоянная). Оно составляет 4,6 мкН/м² = 4,6×10−11[источник не указан 129 дней] атм (см. солнечная постоянная).

Если свет падает под углом  к нормали, то давление можно выразить формулой:

где  — объёмная плотность энергии излучения,  — коэффициент пропускания,  — коэффициент отражения,  — единичный вектор в направлении падающего пучка,  — единичный вектор в направлении отражённого пучка.

Например, тангенциальная составляющая силы давления света на единичную площадку будет равна:

Нормальная составляющая силы давления света на единичную площадку будет равна: 

Отношение нормальной и тангенциальной составляющих равно: 

При рассеянии

Если рассеяние света поверхностью и при пропускании, и при отражении подчиняется закону Ламберта, то при нормальном падении давление будет равно:

где I — интенсивность падающего излучения, K — коэффициент диффузного пропускания, A — альбедо.

В случае, когда отражённое и пропущенное излучение является частично направленным и частично рассеянным, справедлива формула:

где I — интенсивность падающего излучения,  — коэффициент направленного пропускания, K — коэффициент диффузного пропускания,  — коэффициент направленного отражения, A — альбедо рассеяния.

Давление фотонного газа

Изотропный фотонный газ, имеющий плотность энергии u, оказывает давление:

В частности, если фотонный газ является равновесным (излучение абсолютно чёрного тела) с температурой T, то его давление равно:

где σ — постоянная Стефана-Больцмана

Физический смысл

Давление электромагнитного излучения является следствием того, что оно, как и любой материальный объект, обладающий энергией E и движущийся со скоростью v, также обладает импульсом p = Ev/c². А поскольку для электромагнитного излучения v = c, то p = E/c.

В электродинамике давление электромагнитного излучения описывается тензором энергии-импульса электромагнитного поля.

Корпускулярное описание

Если рассматривать свет как поток фотонов, то, согласно принципам классической механики, частицы при ударе о тело должны передавать ему импульс, другими словами — оказывать давление.

Волновое описание

С точки зрения волновой теории света электромагнитная волна представляет собой изменяющиеся и взаимосвязанные во времени и пространстве колебания электрического и магнитного полей. При падении волны на отражающую поверхность, электрическое поле возбуждает токи в приповерхностном слое, на которые действует магнитная составляющая волны. Таким образом, световое давление есть результат сложения многих сил Лоренца, действующих на частицы тела.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]