Pagină web în lucru!
Partea în engleză este mai completă....

Caut student/a pentru a ajuta la corecturi, eventual traduceri.....

Please consider supporting our efforts.

"/>

Newsletter subscription

presiunea fotonilor și a undelor electromagnetice

Lumina și presiunea undei electromagnetice

Context și explicație reală

Presiunea lumina a fost acceptat de mult timp in fizica ca o explicație pentru formarea de cozi Comet . Mai târziu Bartoli dedus existența unor presiuni lumina din considerente termodinamice și Maxwell a prezis valoarea presiunii luminii din teoria fenomenelor electromagnetice .
Oamenii de stiinta s-au făcut eforturi mari pentru a măsura valoarea de presiune joasa, la început fără succes . Pe lângă valoarea sa mică , au existat alte efecte perturbatoare , care au o influență asupraexperimentului . De fapt, prima explicație dată de Crockes să moară de lumina inventat dispozitivul a fost greșit din cauza acestor erori .
Moara lumina este format din patru palete fiecare dintre care este înnegrite pe o parte și pecealaltă argintată . Acestea sunt atașate la brațele unui rotor care este echilibrat pe un suport vertical în așa fel încât acesta se poate transforma cu foarte puțin frecare . Mecanismul este învelită într-un bulb de sticlă clar care a fost pompate la un nivel ridicat , dar nu perfect , vid . Atunci când lumina soarelui cade pe lumina - moară , paletele rândul său, cu suprafata neagra pare a fi împins departe de lumina .
Maxwell a acceptat explicația inițială a Crookes , care de rotație este produs ca urmare a presiunii radiatii cum a prezis de teoria lui de electromagnetism .
Curând a fost realizat ( Arthur Schuster ), că moara nu se rotește în funcție de predicție teorie , ci într- o direcție contrară . Lumina care cade pepartea neagră se absorb , în timp ce lumina care cade pepartea argintie a paletelor trebuie să se reflecte . Rezultatul net ar trebui să fie de două ori presiunea radiații mult pe partea de metal ca penegru .
Alte explicații au fost propuse unele dintre ele explica parțialefectul general . Lucrează la presiune atmosferică , lumină folosită în experiment se ridicetemperatura materialului și a aerului înconjurător , prea . Ca urmare a încălzirii aerului , există un flux de aer și acesta acționează pe foile ca un vânt care bate .
Încălzirea neuniformă a foilor , deoarecestrălucire lumină numai o parte a foilor , conduce la cantități diferite de transfer de energie a și până molecule de aer înconjurat .
Lebedev în 1901 a reușit să depășească aceste dificultăți și pentru a măsura presiunea care exercita lumina pe corp . Componenta principală a aparatului Lebedev a fost un set de foi metalice plate , unele cu culoare neagră ( astfel încât acestea au fost pe deplin absorbante ), în timp ce alții au fost aproape complet reflectând , fixat pe o tijă de lumină ca în fig . 1 .

pressure001


Figura 1 . Dispozitiv schematică utilizat pentru măsurarealuminii și presiunea microunde

Sistemul a fost pus într- o cameră de vid .
Ca urmare , presiunea pe suprafețele de reflexie este dublă față de cea exercitată pe suprafețele negre , iar acest lucru conduce la o diferență cuplul petija astfel încât arcul de agățattija este răsucit . Astfelunghiul de răsucire este direct legată de presiune ușoară .
Rezultatele obținute de către Lebedev a arătat că valoarea presiunii luminii a fost de acord cu teoria lui Maxwell .
Mai târziu ,presiunea exercitată de lumină a fost calculată cu ajutorulteoriei relativității pe baza E = mc2 , iarimpulsul este p = E / c .

Nou experiment propus

Ideea de experiment :
Experiment original a fost făcută cu ajutorul luminii vizibile . Ce sa întâmplat dacă în loc de lumină , microundele sunt utilizate ?
Pe baza relativității speciale , energia fotonilor in vizibil si microunde sunt : E = hν
Cu interpretarea actuală un foton vizibil are o frecvență de νv ≈ 10exp15 și în cuptorul cu microunde până la νm ≈ 10exp13 , prin urmare, sursa de radiații trebuie să fie de 100 de ori mai puternic pentru microunde , în scopul de a obține același efect .

Până astăzi, tehnica vidului , generarea cuptor cu microunde și știința materialelor a făcut progrese uriașe .
Experimentul este conceput pentru a măsurapresiunea exercitată de microunde pe un dispozitiv similar ca acela folosit de către Lebedev ca în fig . 1 .
O foaie este construit dintr-un material cu coeficient de reflexie ridicat microunde ( filme de polipirol puternic dopate disponibile descrise la
http://www3.interscience.wiley.com/journal/104033896/abstract?CRETRY=1&SRETRY=0 ) , iarcelălalt este foaie dintr-un material cu un coeficient ridicat absorbanța ( Microtubuli de polianilinei fi noile microunde materiale absorbante descrise la
http://www3.interscience.wiley.com/journal/88513004/abstract?CRETRY=1&SRETRY=0 ) .
Cu această îmbunătățire și folosind o sursa de microunde , în mod similarpresiune pe suprafețele de reflexie este dublă față de cea exercitată pe suprafețe absorbante , iar această diferență trebuie să creeze un cuplu petija astfel încât arcul de agățattija este răsucit .
În practică , pentru cuptor cu microunde și terraherz u.e.m. tija nu este răsucit , iar experimentul va conduce la un rezultat negativ .
Rezultatele negative sunt datorate unei propagare specifică a undelor electromagnetice și datorită diferenței dintre undele electromagnetice și lumină .
Maxwell a prezis că, atunci când undele electromagnetice lovește un obiect și este reflectată ,val împinge pe electronii însuprafața obiectului , care, la rândul său, împinge perestulobiectului .
Este explicația de încredere ?
Să considerăm că undele electromagnetice a lovit un electron , în prima perioadă de semi , atunci când cele electrice E crește de teren , ca în fig . 2 . În acest caz,de electroni va fi atras cătredirecția de creștere câmp electric .

pressure003

După o perioadă de semi , modificările de câmp electric direcția , și, desigur, de electroni își schimbă direcția de mișcare , de asemenea , ca in fig . 3 .

pressure005
Deoarece schimbarea de direcția câmpului electric este mai apoi 10exp8 de ori pe secundăelectroni , datorită inerției sale nu se mișcă deloc .
Prin urmare, o unda electromagnetica nu poate produce o presiune macroscopic la absorbție sau reflecție . Interacțiunea detaliată dintre undele electromagnetice și materie vor fi descrise în studiu ulterior . Pentruexperimentul propus , este necesar să se sublinieze faptul că , în caz de microunde ,tija nu se răsucească .
Un alt caz este de lumina care are un caracter corpuscular și fotoni lăsa impulsul lor la absorbție sau reflecție .

Light and electromagnetic wave pressure

Background and actual explanation

Light pressure was accepted from long time in physics as an explanation for comet tails formation. Later Bartoli deduced the existence of light pressure from thermodynamic considerations and Maxwell predicted the value of light pressure from his theory of electromagnetic phenomena.
Scientists were making great efforts to measure the value of light pressure, at beginning without success. Besides its small value, there were other perturbing effects which have influence on the experiment. In fact the first explanation given by Crockes to its light mill invented device was wrong due to these errors.
Light mill consists of four vanes each of which is blackened on one side and silvered on the other. These are attached to the arms of a rotor which is balanced on a vertical support in such a way that it can turn with very little friction. The mechanism is encased inside a clear glass bulb which has been pumped out to a high, but not perfect, vacuum. When sunlight falls on the light-mill, the vanes turn with the black surfaces apparently being pushed away by the light.
Maxwell accepted the initial explanation of Crookes, that rotation is produced as result of radiation pressure as predicted by his theory of electromagnetism.
Soon was realised (Arthur Schuster) that mill is not rotating according to theory prediction, but in a contrary direction. Light falling on the black side should be absorbed, while light falling on the silver side of the vanes should be reflected. The net result should be twice much radiation pressure on the metal side as on the black.
Other explanations were proposed some of them explaining partially the overall effect. Working at atmospheric pressure, light used in experiment rise the temperature of material and surrounding air, too. As result of air heating, there is an air flow and this acts on the sheets like a blowing wind.
The non-uniform heating of the sheets, since the light shine only one side of the sheets, leads to different amounts of energy transfer to and up molecules of surrounded air.
Lebedev in 1901 managed to surpass these difficulties and to measure the pressure that light exerts on bodies. The main component of Lebedev's apparatus was a set of flat metallic sheets, some with black colour (so they were fully absorbing) while some others were almost fully reflecting, fixed on a light rod like in fig. 1.

pressure001


Figure 1. Schematic device used for measuring the light and microwave pressure

The system was put in a vacuum chamber.
As a result the pressure on the reflecting surfaces is twice that exerted on black surfaces, and this difference lead to a torque on the rod so that the hanging spring of the rod is twisted. Thus the twisting angle is directly related to light pressure.
The results obtained by Lebedev showed that the light pressure value agreed with Maxwell's theory.
Later, the pressure exerted by light was calculated using the relativity theory on basis of E=mc2, and the momentum is p=E/c.

New proposed experiment

The idea of experiment:
Original experiment was made using visible light. What’s happened if instead of light, microwaves are used?
On basis of special relativity, the energy of photons in visible and microwaves are: E = hν
With actual interpretation a visible photon has a frequency νv≈10exp15 and in microwave up to νm≈10exp13, consequently the source of radiation must be 100 times powerfully for microwave in order to get the same effect.

Up today the vacuum technique, microwave generation and the material science has made huge progress.
The experiment is designed to measure the pressure exerted by microwave on a similar device like the one used by Lebedev as in fig. 1.
A sheet is build from material with high microwave reflectivity coefficient (heavily doped polypyrrole films available described at
http://www3.interscience.wiley.com/journal/104033896/abstract?CRETRY=1&SRETRY=0), and the other sheet is from a material with a high absorbance coefficient (Microtubules of polyaniline as new microwave absorbent materials described at
http://www3.interscience.wiley.com/journal/88513004/abstract?CRETRY=1&SRETRY=0).
With this improvement and using a microwave source, similarly the pressure on the reflecting surfaces is twice that exerted on absorbing surfaces, and this difference should create a torque on the rod so that the hanging spring of the rod is twisted.
In practice, for microwave and terraherz u.e.m.  the rod is not twisted and the experiment is going to lead to a negative results.
The negative results are due to a specific propagation of electromagnetic waves and due to difference between electromagnetic waves and light.
Maxwell predicted that when electromagnetic waves hits an object and is reflected, the wave pushes on the electrons in the surface of the object, which in turn push on the rest of the object.
Is the explanation reliable?
Let’s consider that electromagnetic waves hit an electron, in the first semi period, when the electric field E increases, as in fig. 2. In this case the electron will be attracted toward the direction of increasing electric field.

pressure003

After a semi period, the electric field changes its direction, and of course the electron changes its direction of motion, too, like in fig. 3.

pressure005
Because the change of electric field direction is made more then 10exp8 times per second the electron due to its inertia does not move at all.
Consequently an electromagnetic wave can’t produce a macroscopic pressure at absorption or reflection. The detailed interaction between electromagnetic waves and matter will be described in further study. For the proposed experiment, it is necessary to emphasize that in case of microwaves, the rod does not twist.
Another case is for light which has a corpuscular nature and photons leave their momentum at absorption or reflection.

© 2017 All Rights Reserved Coșofreț Sorin Cezar

MegaMenu RO