光压的经典理论诠释

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早在17世纪初,天文学家开普勒就曾用太阳光的压力解释彗星的尾巴为什版么背着太阳权。到19世纪中叶,麦克斯韦由电磁理论算出:光正入射到黑体(完全吸收光的物体)上所产生的压强为:
pS/c
式中S为光的坡印廷矢量的值,c为光速。由此得出,太阳光正入射到地面黑体上的光压为p5×10-6牛/米2。要观察光压,一般是观察光对悬挂在真空中薄片的压力。但容器中的残存气体分子在光照的薄片表面处热能较大,也会对薄片有一压力,这种效应称辐射计效应。1901年,P.列别捷夫成功地消除了辐射计效应,用实验证明了光压的存在,他测出太阳光压的值与麦克斯韦的计算结果符合。
光照射在物体上,把动量传递给物体,表现为光压。这个光压的大小与光的动量密度、表面的反射系数以及入射角有关。当光垂直照射于完全吸收的物体上,表面所受光压强即等于p。当光垂直照射于一个完全反射面时,光压等于2p。也可从光子具有动量出发得到相同的结果。 由此得出,(2-ε)Jp・c,其中ε为表面辐入系数,J为黑体辐入度,p为光压强(矢量),c为光速(矢量)。该公式由黑体辐射、冲量定理及狭义相对论得出。

fightingBB 2024-05-22

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