Transcript Тиск та хімічна дія світла

Тиск та хімічна
дія світла
Пояснення тиску світла з погляду
електромагнітної теорії:
Припущення про існування світлового тиску було висловлено ще Дис.
Кеплером. Спираючись на електромагнітну теорію світла, Максвелл,
передбачив що світло
має тиснути на перешкоди, пояснив природу світлового тиску та обчислив
його величину. З точки зору електромагнітної теорії це явище пояснюється
так: під час падіння електромагнітної хвилі на метал під дією електричної
складової
електрони металу будуть рухатися в напрямі,
протилежному векторові
Магнітна складова електромагнітного поля
діє на електрони,
що рухаються з силою Лоренца в напрямі, перпендикулярному до
поверхні металу, тобто тисне на його поверхню. Це і є причиною
світлового тиску…
-електричний струм, який виникає в наслідок
коливання електронів за правилом лівої руки
сила Лоренца напрямлена в бік поширення
хвиль.
E
I
B
Fл
Це і є сила світлового
тиску.
Тиск світла з погляду квантової теорії світла
Якщо будь-яке тіло, що має масу й імпульс, падає на поверхню,
воно чинить тиск
струму,
, який визначається за формулою:
;
- сила
- площа поверхні. Тоді, якщо світло падає на поверхню, то й
фотон має діяти на неї так само, тобто чинити тиск. Вперше було
експерементально і встановлено світовий тиск у 1900 році П. М.
Лебедєвим.
Прилад складався з легкого каркасу з укріпленими на ньому
Крильцями. Деякі крильця були (1) чорними, а поверхня інших (2) була
озеркаленою. Вони підвішувалися на тонкій пружній нитці (3) всередині
скляного балона, повітря з якого було викачане. Світловий тиск на
крильця визначався розміром кута на який закручувалася нитка. З
квантового погляду тиск світла на поверхню будь-якого тіла зумовлений
тим, що під час зіткнення з цією поверхнею кожний фотон передає їй
свої імпульси.
Тиск світла можна визначити за формулою:
(1+
)
- кількість фотонів випромінювання, що падає на поверхню
.
- коефіцієнт відбиття фотонів
Для чорної поверхні –
Для дзеркальної –
=0
=1
Таким чином, тиск світла на дзеркальну поверхню вдвічі більший,
ніж на чорну.
Цей висновок збігається з результатами дослідів Лебедєва.
Світловий тиск дуже малий.
Наприклад, сила тиску сонячних променів на 1 кв. м чорної
поверхні становить 4 на 10 в - 6 степені Н.
Фотографія
Вважається, що основи сучасної фотографії створені у 1839р. А
перші фотографії були виготовлені в1842р. Із року в рік їх якість
ставала все кращою, але теорії самого процесу не було 1900р. Тільки
коли була створена квантова теорія світла, все стало на свої місця.
Фотографія стала розвиватися швидкими темпами.
Процес одержання фотознімка складається з чотирьох
операцій:
1 – фотозйомки
2 – проява фотоплівки
3 – закріплення фотоплівки
4 – фотодрук
Фотозйомка – одержання дійсного зображення об'єкта у
світлочутливому шарі (емульсії) фотоплівки.
Фотодрук – перенесення зображення з фотоплівки на
світлочутливий фотопапір. Негативне зображення з фотоплівки
проектують на фотопапір, де утворюється приховане позитивне
зображення. Потім цей папір з зображенням проявляють, фіксують,
промивають, сушать і одержують фотографію об'єкту.
Сучасна фотографія – це не лише сімейні альбоми. Велике
значення має фотографія в техніці і особливо в астрономії. Ось і зараз
автоматичні космічні апарати постійно фотографують поверхні планет,
супутників та інших тіл. За цими фотографіями можна визначити
хімічний склад планети, її температуру, наявність атмосфери та
багатьох інших даних, необхідних для дослідження небесних тіл.
Об'єкти, які посилають настільки слабке світло, що їх не можна
розрізняти оком, можна зафіксувати на фотопластинці за досить великої
витримки, тобто великому періоді освітлення пластинки. Саме тому
дуже віддалені від нас об'єкти, як
галактика, вивчаються за фотографіями.
Фотографія дуже точно і на
тривалий час здатна зафіксувати події,
Які з часом виходять у минуле. Велике
Значення має фотографія для науки.
Такі швидкі процеси, як блискавка,
Зіткнення елементарних частинок
Можна зафіксувати на фотографії і
Потім детально вивчити.
Сучасна техніка дає змогу фотографувати не лише у видимому
світлі, а й у темноті при інфрачервоному світлі.
Фотосинтез
Хімічна дія світла є основою життя на Землі. Завдяки реакції
фотосинтезу вуглеводів енергія сонячного проміння, яку несуть фотони,
перетворюється на енергію життєдіяльності органічного світу, необхідну
для поповнення його запасів. Цей процес досить складний і
супроводжується численними вторинними біохімічними реакціями. Проте
спрощено його фізичну суть можна подати так:
Внаслідок поглинання фотонів зеленим листям
молекула хлорофілу активізується і, реагуючи з
молекулою води, розкладає її на йони Гідрогену і
кисень.
Врешті-решт кисень потрапляє в атмосферу, а Гідроген,
вступаючи в реакцію з вуглекислим газом, утворює вуглеводи, завдяки
яким формуються жири, білки та інші складові органічного світу,
необхідні для життєвих циклів живої природи.
Важливу роль у вивчені світлового тиску відіграв Петро
Миколайович Лебедєв – фізик-експерементатор, засновник великої
фізичної школи в Росії, професор, член-кореспондент Петербурзької АН.
Проблему світлового тиску П. М. Лебедєв почав досліджувати з
початку 90-х років. У 1891 р. вийшла його перша праця “Про відштовхуючу
силу випромінюючих тіл”, в якій вперше було кількісно обґрунтовано ідею
про вирішальне значення світлового тиску в утворенні кометних хвостів.
У дослідах з акустичними резонаторами,
розміщеними на відстані, більшій за довжину хвилі,
Лебедєв дістав такий результат: при всіх різницях
частот діяли тільки відштовхуючі сили, що досягали
максимуму при резонансі. Встановивши аналогію
відштовхувальних сил із силами світлового тиску, він
обчислив силу тиску плоскої електромагнітної хвилі
на осцилятор. Це відіграло важливу роль у підготовці
дослідів з тиску світла на гази. Дослідивши тиск хвиль
на моделях, Лебедєв приступив до найважливішого
завдання своєї роботи – експериментального доведення існування
світлового тиску.
Глибоко і всебічно проаналізувавши явища конвекційних струмів
і радіометричних сил, які були основними перешкодами при спробах фізиків
експериментально довести існування світлового тиску, П. М.
Лебедєв зумів як при побудові своїх моделей мініатюрних радіометрів,
так і під час проведення самих експериментів усунути їх вплив і вперше
в історії науки експериментально довести реальність світлового тиску на
тверді тіла та виміряти його значення. Про це він доповів у травні 1899 р.
в Росії, а в серпні 1900 р. – на Першому інтернаціональному фізичному
конгресі в Парижі.
Ці досліди П. М. Лебедєва принесли йому світову славу й навічно
вписали його ім'я в історію експериментальної фізики.
В 1904 році Російська Академія наук одноголосно присудила йому
свою премію за ці досліди.
Столєтов Олександр Григорович – російський
фізик, професор. Йому належать фундаментальні
дослідження в галузі магнетизму і фотоелектричних
явищ Столетов очолював відділення фізичних наук
у Російському товаристві любителів
природознавства, антропології і етнографії. Був
почесним членом багатьох вітчизняних і зарубіжних
наукових товариств, зокрема почесним членом
Київського товариства фізико-математичного і
природодослідників.
Був організатором і керівником першої в Росії наукової фізичної
школи. Своєю діяльністю сприяв становленню і розвитку фізики в Росії і
його по праву називають “батьком російської фізики”.
Його учнями були Д. О. Гольдгаммер, М. О. Умов, М. М. Шіллер,
В. О. Міхельсон та інші…
Його перу належить багато наукових праць. У 1939-1947 рр. було
видано “Зібрання творів” О. Г. Столетова в трьох томах