La lumière et la pression de l'onde électromagnétique

 La lumière et la pression de l'onde électromagnétique

Contexte et explication actuelle

Une légère pression  de la lumiere a été acceptée à partir de longtemps en physique pour expliquer la formation de queues de comète. Plus tard Bartoli déduit l'existence d' une pression  de la lumiere base aux  considérations thermodynamiques et Maxwell prédit la valeur de la pression lumière de sa théorie des phénomènes électromagnétiques .
Les scientifiques ont fait de grands efforts pour mesurer la valeur de cette pression, au début sans succès. Outre sa faible valeur, il ya eu d'autres effets perturbateurs qui ont une influence sur l'expérience. En fait, la première explication donnée par Crockes à son  dispositif inventé pour mesurer cette pression  a eu tort en raison de ces erreurs.
La moulin de lumière se compose de quatre pales dont chacune est noirci sur une face et sur ​​l' autre argenté. Ceux-ci sont fixés sur les bras d'un rotor qui est en équilibre sur un support vertical de telle manière qu'il puisse tourner avec très peu de friction. Le mécanisme est enfermé à l'intérieur d'une ampoule de verre transparent , qui a été pompé à un niveau élevé, mais pas parfait, sous vide . Lorsque la lumière du soleil tombe sur le moulin de la lumière , les ailettes tournent avec les surfaces noires apparemment repoussé par la lumière

Maxwell a accepté l' explication initiale de Crookes , que la rotation est produite à la suite de la pression de radiation tel que prédit par la théorie de l'électromagnétisme.
Bientôt a été réalisé (Arthur Schuster ) qui moulin ne tourne pas en fonction de prédiction de la théorie , mais dans un sens contraire . La lumière tombant sur ​​la face noire doit être absorbée , tandis que la lumière qui tombe sur le côté de l' argent des aubes doit être réfléchi . Le résultat doit être une pression deux fois plus de rayonnement sur ​​le côté de métal comme le noir.
D'autres explications ont été proposées certains d'entre eux explique en partie l'effet global. Quand l\experiment est faitt  à pression atmosphérique, la lumière utilisée dans l'expérience éléve  la température du matériau et de l'air environnant , aussi. Comme résultat du chauffage de l'air , il existe un débit d'air et cela agit sur ​​les feuilles comme un vent qui souffle .
Le chauffage non uniforme des feuilles , puisque l'éclat de lumière d' un seul côté des feuilles , conduit à des quantités différentes de transfert d'énergie et à des molécules d'air entourée .
Lebedev en 1901 a réussi à dépasser ces difficultés et de mesurer la pression qu'exerce la lumière sur les corps . La composante principale de l'appareil de Lebedev était un ensemble de feuilles métalliques plates, certains avec la couleur noire ( si elles y étaient absorbante) tandis que d'autres ont été presque entièrement réfléchissantes, fixé sur une tige comme dans la fig. 1 .

Figure 1 . Dispositif schématique utilisé pour la mesure de la lumière (et de la pression à micro-ondes)

Le système a été mis dans une chambre à vide .
En conséquence, la pression sur les surfaces de réflexion est double de celle exercée sur les surfaces noires , et cette différence conduit à un couple de rotation sur la tige de sorte que le ressort de suspension de la tige est torsadée . Ainsi, l'angle de torsion est directement liée à une légère pression.
Les résultats obtenus par Lebedev ont montré que la valeur d' une légère pression d'accord avec la théorie de Maxwell .
Plus tard, la pression exercée par la lumière a été calculée en utilisant la théorie de la relativité sur la base de E = mc2, et l'élan est p = E / c.

Nouvelle expérience proposée

 L'idée de l'expérience:

Expérience originale a été faite en utilisant la lumière visible. Qu'est-il arrivé si, au lieu de la lumière, micro-ondes sont -elles utilisées?
Sur la base de la relativité restreinte , l'énergie des photons en visible et les micro-ondes sont: E = hv
Avec l'interprétation réelle d'un photon visible a une fréquence hv ≈ 10exp15 et au micro-ondes jusqu'à hu ≈ 10exp13 , par conséquent, la source de rayonnement doit être 100 fois plus puissant pour micro-ondes afin d'obtenir le même effet.

Jusqu'à aujourd'hui la technique du vide , la génération de micro-ondes et la science des matériaux a fait d'énormes progrès .

L'expérience vise à mesurer la pression exercée par micro-ondes sur un dispositif similaire, comme celui utilisé par Lebedev comme dans la figure. 1 .
Une feuille est construit à partir de matériaux avec un coefficient de réflectivité élevée de micro-ondes ( films de polypyrrole fortement dopées disponibles décrites à
http://www3.interscience.wiley.com/journal/104033896/abstract?CRETRY=1&SRETRY=0 ) , et l'autre feuille est à partir d'un matériau ayant un coefficient d'absorption élevé ( microtubules de la polyaniline en tant que nouveaux matériaux absorbants à micro-ondes décrits http://www3.interscience.wiley.com/journal/88513004/abstract?CRETRY=1&SRETRY=0 ) .
Grâce à cette amélioration , et à l'aide d'une source de micro-ondes, de même que la pression sur les surfaces de réflexion est double de celle exercée sur les surfaces absorbantes , et cette différence doit créer un couple sur la tige de sorte que le ressort de suspension de la tige est torsadée .

En pratique, pour micro-ondes et terraherz u.e.m. la tige n'est pas tordu et l'expérience va conduire à un résultat négatif .

Les résultats négatifs sont dues à une propagation spécifique des ondes électromagnétiques et en raison de la différence entre les ondes électromagnétiques et de la lumière .
Maxwell prédit que lorsque les ondes électromagnétiques heurte un objet et est réfléchie , l'onde pousse sur les électrons à la surface de l'objet, qui à son tour pousse sur le reste de l'objet .
C'est l'explication fiable ?
Prenons que les ondes électromagnétiques ont frappé un électron, dans la première période de demi-finale, lorsque le champ électrique E augmente , comme dans la figure . 2 . Dans ce cas, l'électron sera attiré vers la direction du champ électrique croissant .

Après une période de demi-finale, les changements de champ électrique de sa direction , et bien sûr l'électron change sa direction de mouvement aussi, comme dans la fig. 3 .

Parce que le changement de direction du champ électrique est d'autant plus alors 10exp8 fois par seconde l'électron en raison de son inertie ne bouge pas du tout.
En conséquence, une onde électromagnétique ne peut pas produire une pression macroscopique à l'absorption ou la réflexion . L'interaction approfondie entre les ondes électromagnétiques et la matière sera décrite dans une étude plus approfondie . Pour l'expérience proposée, il est nécessaire de souligner que dans le cas des micro-ondes , la tige ne ​​se torde .
Un autre cas est la lumière qui a une nature corpusculaire et photons quittent leur élan à l'absorption ou la réflexion .