47. Излучение и давление электромагнитных волн.

Излучение электромагнитных волн (ЭМВ) — это процесс генерации и распространения электрического и магнитного полей в пространстве.

Источник излучения

Согласно классической электродинамике, электромагнитные волны возникают только при ускоренном движении электрических зарядов.

Если заряд движется равномерно (или покоится), он создает только статические или магнитостатические поля, которые не отрываются от заряда и не распространяются как волна. Для отрыва поля и его самоподдержания (за счёт взаимной генерации и ) требуется, чтобы поля изменялись во времени, что возможно только при ускорении заряда.

Мощность, излучаемая ускоренно движущимся зарядом, пропорциональна квадрату его ускорения.

Примеры излучения

1. Излучение в антеннах: В открытом колебательном контуре (антенне) электроны совершают гармонические колебания (ускоренное движение) с высокой частотой, порождая радиоволны.

2. Тормозное излучение (Рентген): Возникает, когда быстрые электроны резко тормозятся при столкновении с атомами вещества-мишени, генерируя рентгеновские лучи.

3. Тепловое излучение: Возникает в результате хаотического теплового движения и колебания заряженных частиц (атомов, молекул) в нагретом теле.

2. Давление Электромагнитных Волн

Давление электромагнитных волн (световое давление) — это механическое давление, которое ЭМВ оказывают на поверхность, на которую они падают.

Физический механизм

Электромагнитная волна, помимо энергии, переносит и импульс. Когда волна падает на вещество, она передаёт ему свой импульс. Этот эффект обусловлен взаимодействием компонент волны с зарядами вещества:

1. Электрическое поле ( ) волны приводит в движение электроны в веществе, создавая ток.

2. Магнитное поле ( ) волны действует на эти движущиеся электроны с силой Лоренца ( ), которая направлена перпендикулярно направлению движения электронов и вектора , т.е. вдоль направления распространения волны, что и вызывает давление.

История и Экспериментальное доказательство

• Теоретическое предсказание: Эффект был теоретически предсказан Джеймсом Клерком Максвеллом в 1873 году на основе его электродинамической теории.

• Экспериментальное доказательство: В 1900 году русский физик Пётр Николаевич Лебедев экспериментально подтвердил существование и измерил величину светового давления, что стало одним из главных доказательств справедливости теории Максвелла.

Формулы для давления ( )

Давление ЭМВ связано с её объёмной плотностью энергии ( ) или интенсивностью ( ).

Где — скорость света.

1. Давление на идеально поглощающую поверхность (чёрное тело): Вся энергия (и импульс) поглощается.

2. Давление на идеально отражающую поверхность (зеркало): Импульс передаётся поверхности дважды (при падении и при отражении).

Значение

Световое давление, хотя и мало в земных условиях, играет важную роль в космосе: оно является причиной, по которой хвосты комет всегда направлены в сторону, противоположную Солнцу.

(объёмная плотность энергии в вакууме) измеряется в .

(давление) измеряется в или Па.