Согласно гипотезе световых квантов Эйнштейна, свет испускается, поглощается и распространяется дискретными порциями (квантами), названными фотонами. Энергия фотона Е=hν. Его масса находится из закона взаимосвязи массы и энергии: mф = hν/с2. (32.5) Фотон — элементарная частица, которая всегда движется со скоростью света и имеет массу покоя, равную нулю. Следовательно, масса фотона отличается от массы таких элементарных частиц, как электрон, протон и нейтрон, которые обладают отличной от нуля массой покоя и могут находиться в состоянии покоя. Импульс фотона рф равен: рф = ε0 /с = hν/с. (32.6) Фотон, как и любая другая частица, характеризуется энергией, массой и импульсом. Выражения (32.5) и (32.6) связывают корпускулярные характеристики фотона — массу, импульс и энергию — с волновой характеристикой света – его частотой. Если фотоны обладают импульсом, то свет, должен оказывать давление на поверхность. Согласно квантовой теории, давление света на поверхность обусловлено тем, что каждый фотон при соударении с поверхностью передает ей свой импульс. Рассчитаем с точки зрения квантовой теории световое давление, оказываемое на поверхность тела потоком монохроматического излучения (частота ν), падающего перпендикулярно поверхности. Если в единицу времени на единицу площади поверхности тела падает N фотонов, то при коэффициенте отражения ρ света от поверхности тела ρN- фотонов отразится, а (1-ρ)N— поглотится. Каждый поглощенный фотон передает поверхности импульс рф =hν/с, а каждый отраженный — 2рф =2hν/с (при отражении импульс фотона изменяется на рф). Давление света на поверхность равно импульсу, который передают поверхности в 1с N фотонов: Р = 2 ρN + (1- ρ ) N = (1+ ρ) N, (32.7) N hν =Ее, есть энергия всех фотонов, падающих на единицу поверхности в единицу времени, т. е. энергетическая освещенность поверхности, а Ее/с= ω— объемная плотность энергии излучения. Поэтому давление, производимое светом при нормальном падении на поверхность, Р = Ее/с (1+ ρ ) = ω (1+ ρ ). (32.8) Давление света одинаково успешно объясняется и волновой, и квантовой теорией. Экспериментальное доказательство существования светового давления на твердые тела и газы дано в опытах П. Н. Лебедева. В частности оказалось, что давление света на зеркальную поверхность вдвое больше, чем на зачерненную.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Масса и импульс фотона. Давление света» з дисципліни «Курс лекцій з загальної фізики, орієнтований на будівельні спеціальності»
