光压的理论知识

bomoaa

光对被照射物体单位面积上所施加的压力叫光压。也称为辐射压强。当物体完全吸收正入射的光辐射时，光压等于光波的能量密度；若物体是完全反射体，则光压等于光波能量密度的2倍。这个关系可以由经典电磁理论得到，也可以直接由光的量子理论得到。麦克斯韦依据经典电磁理论首先指出了光压的存在。1899年，俄国物理学家列别捷夫用实验测得了光压，证实了麦克斯韦的预言。光压的存在说明了电磁波具有动量，因而是电磁场物质性的有力证明。爱因斯坦光子假设又进一步说明了光压存在的合理性。
" W# z9 V, e8 b) l8 {光压很小，如果阳光直射到地面，并且光被地面全部吸收，那么地面所感受到的光压也只有4.5×10
一、测量光压的实验
列别捷夫所用仪器的主要部分是一用细线悬挂起来的极轻的悬体R，其上固定有小翼a及b，如图1示,其中一个涂黑，另一个是光亮的。将悬体R置于如图2所示的真空容器G内。借助透镜及平面镜系统将由弧光灯B发出的光线射向小翼中的一个。由于作用在小翼上的光压力，使悬体R转动。转动的大小，可借助望远镜及固定在轴线上的小镜观察到。移动双镜能使光射在涂黑的小翼上。比较两种情况下悬体转动的大小，列别捷夫测得，涂黑表面所受的光压力比反射表面所受的光压力小一半，与理论完全符合。
借助薄片P1使光流的一部分射到温差电池T上可以度量入射光能量的大小，因而可以对理论作出定量的验证。

3 b  \' v' H+ D* m8 w2 L二、光压的量子理论解释
* J" C0 r- P! H按照光子说的观点，光压是光子把它的动量传给物体的结果。设频率为υ的单色光，每秒垂直入射到物体表面每平方米上的能量为E，则每秒垂直入射到物体表面每平方米上的光子数为N=E/(hυ)。因为每一个光子具有动量p= hυ/c，当光子被物体所吸收时，每个光子传给物体的动量为p= hυ/c，如果入射光子全部被物体所吸收，则物体表面每平方米在每秒内所获得的动量应等于N·p=E/c。物体表面每平方米在每秒内所获得的动量，即光作用在这个面上的光压为E/c。当光子被物体所反射时，光子的动量从＋hυ/c变到－hυ/c，则每个光子传给物体的动量为2p=2 hυ/c。如果入射光子全部被物体所反射，则作用在物体表面上的光压力为N·2p=2E/c。
3 n- Z" R, s% S1 Z! \6 H4 U% R光压的量子理论
　　解释按照光子说的观点，光压是光子把它的动量传给物体的结果。设频率为υ的单色光，每秒垂直入射到物体表面每平方米上的能量为E，则每秒垂直入射到物体表面每平方米上的光子数为N=E/(hυ)。因为每一个光子具有动量p= hυ/c，当光子被物体所吸收时，每个光子传给物体的动量为p= hυ/c，如果入射光子全部被物体所吸收，则物体表面每平方米在每秒内所获得的动量应等于N·p=E/c。物体表面每平方米在每秒内所获得的动量，即光作用在这个面上的光压为E/c。当光子被物体所反射时，光子的动量从＋hυ/c变到－hυ/c，则每个光子传给物体的动量为2p=2 hυ/c。如果入射光子全部被物体所反射，则作用在物体表面上的光压力为N·2p=2E/c。
　　
光压
: g% a" @! V6 y/ w0 c2 b# V7 t　　光对被照射物体单位面积上所施加的压力叫光压。如阳光照在身体上，不仅会感觉发暖，亦有压力，只是因为感觉器官的限制而感觉不到。光压的发现源于俄国和美国。19世纪，英国物理学家麦克斯韦创立了电磁理论，指出光的本质是电磁波。麦克斯韦还预言：光射到物质表面时，将对这一表面施加压力。
/ `  }( [; ^' [- a4 g% h　　1899年，俄国物理学家列别捷夫用实验测得了光压，证实了麦克斯韦的预言。光压的存在说明了电磁波具有动量，因而是电磁场物质性的有力证明。爱因斯坦光子假设又进一步说明了光压存在的合理性。
0 b7 [8 Q* ^3 w5 @  F# i) ]& a, J' z　　光压很小，如果阳光直射到地面，并且光被地面全部吸收，那么地面所感受到的光压也只有4.5×10-6帕。
　　为了证实光压的存在，不少物理学工作者都扑到这项科学研究上来。1901年，俄国物理学家彼得·尼古拉耶维奇·列别捷夫设计了一个实验，首次发现光压，并且测量了数据。与此同时，美国物理学家尼科尔斯和哈尔也分别用精密实验测定了光的压力。
　　彗星的尾巴背着太阳就是太阳的光压造成的。由于光具有粒子性，所以在达到物体上时，根据动量定理，会对此物体产生一定的压力。大量光子长时间作用就会形成一个稳定的压力。
[编辑本段]光压-公式
　　光照到物体表面时施予表面的压力。J.开普勒在解释彗尾的形成时就已提出了光压概念。J.C.麦克斯韦根据电磁理论解释了光压现象，并算出了光压的值。当平行光垂直照射物体时，单位面积所受光压为P＝I（1＋R）／c，式中I为单位时间垂直入射到单位面积的光能量 ，R 为表面的能量反射率，c为真空中的光速 。光子概念提出后 ， 也可用光的粒子性来解释光压现象 。光子具有动量hv／c ， 入射到表面后或被吸收或被反射，入射前光子的总动量与入射后的总动量之差等于表面所受冲量，这样算出的光压公式与麦克斯韦的公式一致。对光压的首次实验测量是由俄国物理学家P.N.列别捷夫于1899年完成的。
" O* c) _- n" N9 P) r　　当彗星靠近太阳时，彗星中的尘埃和气体分子由于受到太阳辐射的光压作用而产生了彗尾，彗尾永远指向太阳的反方向。维持恒星稳定的因素除万有引力和内部压力外，内部辐射所产生的光压也是不可忽略的因素。
7 M4 j8 P  j! Z　　典型的太阳光对地球所形成的光压为4.5*10^(-6)N/m^2一、测量光压的实验列别捷夫所用仪器的主要部分是一用细线悬挂起来的极轻的悬体R，其上固定有小翼a及b，其中一个涂黑，另一个是光亮的。将悬体R置于真空容器G内。借助透镜及平面镜系统将由弧光灯B发出的光线射向小翼中的一个。由于作用在小翼上的光压力，使悬体R转动。转动的大小，可借助望远镜及固定在轴线上的小镜观察到。移动双镜能使光射在涂黑的小翼上。比较两种情况下悬体转动的大小，列别捷夫测得，涂黑表面所受的光压力比反射表面所受的光压力小一半，与理论完全符合。
　　借助薄片P1使光流的一部分射到温差电池T上可以度量入射光能量的大小，因而可以对理论作出定量的验证。