Давление света. Опыты Лебедева

Качественно механизм давления света можно пояснить следующим об­разом. Пусть на плоскую поверхность Р тела, сечение которого показано на рис. 1.158, падает перпендикулярно к ней

электромагнитная волна. Векторы Е и Н лежат в плоскости Р. Рассмотрим, как они будут воздействовать на электрические за­ряды, составляющие тело. Под действием силы f_E =qE положи­тельный заряд начнет смещаться вдоль поверхности по направле­нию Е, а отрицательный — против. Такое смещение зарядов представляет собой поверхностный ток j, параллельный Е. В телах со свободными зарядами (проводники) это будет то'к про-

водимости, а в диэлектриках—поляризационный ток смещения. Магнитные силыf_H, действующие на ток j, будут по закону Ампера (т. II, §31) направлены перпендикулярно к j и Н, т. е. внутрь тела. Независимо от их знака, заряды, расположенные на поверхности тела и связанные с его атомами, «вдавливаются» в тело. Ускорение и скорость v этих зарядов пропорциональны величине Е. Магнит­ные же силы пропорциональны [vXH], т. е., в конечном счете, произведению [ЕхН], а оно в свою очередь пропорционально плотности электромагнитной энергии падающей волны w. Точный расчет величины давления света р по теории Максвелла природит к выражению p=(1+ρ)ω (39.1)

где р — коэффициент отражения от данной поверхности.

Для развития электромагнитной теории света было чрезвы­чайно важно получить прямое экспериментальное доказательство этого эффекта. Однако обнаружение его осложнялось целым рядом побочных явлений. Частичное погло­щение падающего света приводит к нагреванию поверхности. Тепло в свою очередь 'передается молекулам окружающего газа, в силу чего их движение, а следовательно, и ока­зываемое ими давление возрастают, причем этот «радиометрический эф­фект» легко перекрывает искомое световое давление.

Впервые преодолеть все экспери­ментальные трудности сумел П. Н. Лебедев. Идея опыта заключалась в том, что свет направлялся на одно из крылышек легкой вертушки (рис. 1.159), причем ее поворот изме­рялся по отклонению зайчика, отбра­сываемого маленьким, укрепленным на вертушке зеркальцем.

Использование очень тоненьких крылышек привело к тому, что

температура на обеих их поверхностях была практически тождественная, что при малом давлении свело радиометрический эффект почти к нулю. Для зеркального крылышка р«1, а для за­черненного р~0. Позже он доказал давление света и на газы.

9. Фотохимическое действие света. Фотохимическое действие света. Законы фотохимии. Сенсибилизаторы Физические основы фотографии. Цветная фотография. Голография. Физические принципы и техническая реализация голографии.

Фотохимические явления.

Поглощение фотонов молекулами вещества может привести и некоторых случаях и к химическим превращениям. Эйнштейн и 1905 г. указал, что при таких фотохимических превращениях пещества каждый поглощенный квант света вызывает превращение одной молекулы. Опыт подтвердил этот закон. Легко понять, что свет может вызвать такие превращения вещества, которые в обычных условиях требовали бы весьма высокой температуры. Действительно, комнатной температуре 290° К отвечает энергия поступательного движения молекул

в то время как энергия фотона зеленого излучения

Таким образом, поглощение фотонов видимого излучения эк­вивалентно нагреванию до многих тысяч градусов. Понятно так­же, что чем меньше длина волны излучения, тем оно должно быть химически более активным.

Если для расщепления молекулы нужна энергия А, то для того, чтобы расщепление можно было произвести воздействием излучения, необходимо, чтобы энергия одного фотона была не меньше А.

Следовательно, наименьшая частота химически активного

излучения v₀ равна

Излучение меньших частот будет химически неактивно. Примером реакции такого типа является разложение броми­стого водорода светом

Свободные атомы водорода и брома затем соединяются:

Часто фотохимическое разложение молекул сопровождает­ся вторичными реакциями. Примером реакций такого типа яв­ляется реакция смеси водорода и хлора. Известно, что в темноте эти газы остаются механически смешанными, не вступают в хими­ческое соединение. Мгновенная вспышка света приводит к бурнойреакции — взрыву. Суть дела в том, что каждый поглощенный фотон приводит к реакции не одной молекулы, но длиннейшей по­следовательной цепочки превращений многих тысяч и даже мил­лионов молекул, служит началом «цепной реакции», как показано в работах Н. Н. Семенова.

Фоторасщепление начинает превращения:

Далее каждый свободный атом хлора вызывает цепочку превра­щений:

и опять:

Важнейшей для всего живущего на Земле является фотохи­мическая реакция образования органических веществ из неорганических. Эта реакция идет с помощью ката­лизатора—хлорофилла в листьях растений при поглощении света. До сих пор эта сложная реакция не изучена в деталях и не может быть повторена в лабораторных условиях (т. е. без живых рас­тений).

В заключение этого параграфа отметим, что зрение объясняется также особыми фотохимическими реакциями, происходящими в сетчатке глаза.