Жарықтың қысымы. Физика, 11 сынып, дидактикалық материал.

Оқу мақсаты: Жарық қысымының табиғатын кванттық теория негізінде түсіндіру

Жарық қысымы туралы болжам

Алғашқы рет жарық қысымы туралы гипотеза 1619 жылы неміс ғалымы И. Кеплер (1571-1630) күнге жақын ұшып келе жатқан құйрықты жұлдыздың (комета) құйрығының ауытқуын түсіндіру үшін айтылған.

Жарық қысымы толқындық теория тұрғысынан

1873 ж. Дж. Максвелл, жарықтың электромагниттік табиғаты туралы ұғымдардан шыға отырып, мынадай қорытындыға келді:

жарық кедергіге қысым көрсетуі тиіс

Электромагниттік толқындардың электрлік құраушыларының әсерінен элетрондардың қозғалыс жылдымдығының бағыты суретте көрсетілген

Д. К. Максвелл теориясындағы жарық қысымын есептеу

П.Н.Лебедев тәжірибесі

Айналмалы сезімтал таразыны пайдалана отырып П. Н. Лебедев 1900 жылы қатты денелердегі жарық қысымы өлшенді , теория мен эксперимент сәйкес келді. П. Н. Лебедевтің тәжірибелері- фактінің тәжірибелік дәлелі: фотондарда импульс бар

Жарық қысымы беттің шағылу коэффициентіне тәуелді:

А) айналық беттен шағылғанда (2) қанатша р₂ ≈ 2р импульс алады.

Б) (1) қанатша (қарамен боялған жағы) жарықты жұтады р₁ ≈ р.

Жарық қысымын эксперименттік жолмен анықтау (≈10^-6Н/м²) Максвеллдің теориялық есептеулеріне сәйкес келді.

Жарық бөлшектері-фотондар, затқа түскенде оған өзінің импульсін береді және сол арқылы оған күшпен әсер етеді, ол жарық қысымының күші деп аталады

Жарық қысымы кванттық теория тұрғысынан

Ауданы S абсолют қара дене бетіне перпендикуляр бағытта ∆t уақыт ішінде N фотондар түседі

Әрбір фотон импульсі:

Қысым күші:

Жарық қысымы: қара дененің беті

ақ және айналық бет

Жарық интенсивтілігі I энергетикалық сипаттама:

Жарық қысымы

Жарық бетке перпендикуляр түседі

Жарық қысымы — жарықтың шағылдыратын және жұтатын денелерге, бөлшектерге, сондай-ақ, жекеленген молекулалар мен атомдарға түсіретін қысымы. 

Күн маңынан ұшып өткен кезінде құйрықты жұлдыздың (кометаның) құйрығының қисаюына Жарық қысымының әсері болатындығын тұңғыш рет И.Кеплер болжаған (1619). 1873 жылы ағылшын физигі Дж.Максвелл (1831 — 1879) электрмагниттік теорияға сүйене отырып, Жарық қысымының шамасын анықтады. Ал орыс физигі П.Н. Лебедев (1866 — 1912) ең алғаш жарықтың қатты денелерге (1899), кейінірек газдарға (1907 — 1910) түсіретін қысымын өлшеді. Жарық қысымы — болымсыз аз шама. Оның үстіне өлшеу кезінде пайда болатын кейбір құбылыстар да (конвекциялық ағын, радиометриялық күштер) Жарық қысымын өлшеуді қиындатады. Лебедев аспабының негізгі бөлігі — әр түрлі металдар (платина, алюминий, никель) мен слюдадан жасалған диаметрі 5 мм жазық, жеңіл қанатшалар. Қанатшалар жіңішке шыны жіпке ілініп, ауасы сорылған шыны ыдыстың (G) ішіне орналастырылады. Қанатшаларға арнаулы оптикалық жүйенің көмегімен күшті жарық сәулесі түсіріледі. Лебедев пайдаланған аспап қосымша құбылыстардың әсерін мейлінше кемітуге мүмкіндік береді. Жарықтың газдарға түсіретін қысымы қатты денелерге түсіретін қысымынан жүздеген есе аз болғандықтан, бұл тәжірибе алғашқы тәжірибеден қиын болды.

Жарық қысымының анықталуы жарық сәулесінде энергия болуымен қатар, оның импульсі мен массасының да болатындығын көрсетті. Кванттық теория бойынша, Жарық қысымы — жарықтың жұтылу не шағылу процестері кезінде денеге фотондар (электрмагниттік өріс энергиясының кванттары) импульсінің берілу нәтижесі. Жарық қысымы астрономиялық және атомдық құбылыстарда маңызды рөл атқарады. Жұлдызаралық және жұлдыздар маңындағы газдардың динамикасы, құйрықты жұлдыздардың құйрықтарының пішіні Жарық қысымы арқылы түсіндіріледі. Жарық қысымы әсерінен Жердің жасанды серіктерінің орбиталары аз да болса толықсиды. Гамма-кванттар импульсінің белгілі бір бөлігінің электрондарға берілуі нәтижесінде пайда болатын шашырау құбылысы, сондай-ақ, Мессбауэр эффектісі — Жарық қысымына жуық құбылыстар.