19. Давление излучения. Объяснение давления с точки зрения волновой и квантовой теорий.

Давление излучения - давление, оказываемое электромагнитным излучением на тела, взаимодействующие с ним. В физике давление определяется как сила, действующая на единичную площадку по направлению нормали к площадке, или как импульс, переносимый за ед. времени через единичную площадку по направлению нормали к ней. Объяснение Д. и. может быть дано на основе как волновых, так и квантовых представлений о природе излучения. Излучение можно рассматривать как совокупность фотонов (квантов эл.-магн. поля). Каждый фотон обладает энергией   и импульсом  . При поглощении фотона его импульс передаётся поглощающему телу. При рассеянии излучения частицы вещества также получают импульс от фотонов. Согласно закону сохранения импульса, Д. и. испытывают и тела испускающие фотоны.

Согласно волновым представлениям, Д. и. на тело обусловлено взаимодействием эл.-магн. волн с находящимися в теле электрич. зарядами. В простейшем случае нормального падения волны на поверхность тела электрич. поле E волны вызывает смещение зарядов вдоль поля (создаёт токи i). Взаимодействие токов с магн. полем волны H вызывает появление силы F=[iH]/c, действующей на заряды в направлении распространения волны. Д. и. (p_и) в этом случае равно u - среднему значению объёмной плотности эл.-магн. энергии волны, падающей нормально к поверхности тела. Если тело частично отражает волну, то плотность эл.-магн. энергии у его поверхности увеличивается и становится равной u(1+r), где r - коэфф. отражения. Соответственно увеличивается Д. и.: p_и=u(1+r). Д. и. на абсолютно зеркальную поверхность, полностью отражающую излучение, равно 2u. Тело, испускающее эл.-магн. волну, также испытывает с её стороны давление, равное плотности энергии испускаемой волны.

Вычислим величину светового давления.

На тело площадью S падает световой поток с энергией  , где N – число квантов. K N квантов отразится от поверхности; (1 – K)N– поглотится, K– коэффициент отражения.

Каждый отраженный фотон передаст телу импульс: , т.к.   .

В единицу времени все N квантов сообщают телу импульс р:

Т.к. фотон обладает импульсом, то импульс, переданный телу за одну секунду, есть сила давления – сила, отнесенная к единице поверхности.

Тогда давление  , или

где J – интенсивность излучения. Т. е. давление света можно рассчитать:

Если тело зеркально отражает, то K = 1 и 

Если полностью поглощает (абсолютно черное тело), то K = 0 и   , т.е. световое давление на абсолютно черное тело в два раза меньше, чем на зеркальное.

20.Корпускулярно-волновая двойственность свойств вещества, гипотеза де Бройля, свойства волн де Бройля.

Корпускулярно-волновой дуализм свойств вещества.

Французский ученый Луи де Бройль, развивая представления о двой­ственной корпускулярно-волновой при­роде света, выдвинул гипотезу об универсальности корпускулярно-волнового дуализма. Де Бройль утверждал, что не только фотоны, но и электроны и любые другие частицы материи наряду с корпускулярными обладают также вол­новыми свойствами.

Итак, согласно де Бройлю, с каждым микрообъектом связываются, с одной стороны, корпускулярные характеристики -энергия Е и импульс р, а с другой — волновые характеристики — частота   и длина волны  . Количественные соот­ношения, связывающие корпускулярные и волновые свойства частиц, такие же, как для фотонов:

                                                   ,     .       

Свойство:

Для частиц не очень высокой энергии, движущихся со скоростью   (скорости света), импульс равен   (где   — масса частицы), и  . Следовательно, длина волны де Бройля тем меньше, чем больше масса частицы и её скорость. Например, частице с массой в 1 г, движущейся со скоростью 1 м/с, соответствует волна де Бройля с   м, что лежит за пределами доступной наблюдению области. Поэтому волновые свойства несущественны в механике макроскопических тел. Для электронов же с энергиями от 1 эВ до 10 000 эВ длина волны де Бройля лежит в пределах от ~ 1 нм до 10⁻² нм, то есть в интервале длин волн рентгеновского излучения. Поэтому волновые свойства электронов должны проявляться, например, при их рассеянии на тех же кристаллах, на которых наблюдается дифракция рентгеновских лучей.