Лекциипо физике
ВладимираИннокентьевича Бабецкого
(IIIсеместр физики на факультете «Прикладная математика и физика» МАИ)2000г.§1. Введение
Вотто, что кончилось у нас в прошлом семестре, в исторической перспективе этофизика на конец XIXиначало XXвека,и эта физика стала называться классической. А вот дальше – в XXвеке – появилась новаяфизика, не то, что новые главы, она по существу другая. И в этот семестр у насфактически войдёт всё, что создано в ХХ веке.
И тут дело непросто во временной последовательности, – важно то, что эта физика качественнодругая. Проблема в том, что классическая физика оказалась не в состоянииобъяснить, как устроен окружающий нас мир. Ну, кое-что, конечно, есть: паровыемашины, электричество, радио – вся эта техника была создана на базе этойфизики, но глубинные свойства окружающего мира (вот не то, что вы создалируками, а именно, что вот здесь вокруг) казались за пределами пониманиясовременников.
Простой пример.Теплота, молекулярная физика используют свободные атомы: вот в воздухе носятсяатомы, точнее молекулы. Все тепловые явления кинетическая теория, в частноститеплопроводность, теплоёмкость, прекрасно объясняет, но если копнуть глубже, тотам мы сталкиваемся с вещами необъяснимыми. Молекулы воздуха сейчассталкиваются тут всё время, число столкновений в секунду колоссальное, и что?Скажем, сталкиваются молекулы кислорода, разлетаются, сталкиваются,разлетаются, сталкиваются… И они остаются теми же самыми, а молекула – этонекоторая структура, это не просто там какой-то мифически неделимый объект(именно такое понятие скрывалось за словом атом в древности, атом – неделимый),уже ясно было, что это объект, обладающий структурой: в атоме есть электрон,позитрон, – механическая система. Почему же эти атомы сталкиваются, и всё времяостаются тождественными себе, они не несут на себе никаких следов их предыдущейжизни? Факт, конечно, необъяснимый. Сталкиваются два автомобиля, и, конечно,они несут на себе следы столкновения, а если они будут сталкиваться ежесекундно,в конце концов, получится совсем не то, что было вначале, и это всё понятно,почему же на атоме не остаётся следов? Можно этот атом разбить вдребезги, нопотом из этих осколков может опять слепиться этот атом, тот же самый. Это,казалось бы, находится в ведении обычной механики: существует система частиц (ватоме не так их много). Вот, солнечная система, – механика всё это делообъясняет, но стабильность атомных структур и стабильность структур, тогда ужепостроенных из атомов (то, что мы видим вокруг себя стабильно в известныхпределах), не изменяющийся, устойчивый мир – это не прописано в классической физике.В классической физике параметры любой системы могут принимать любые значения,эти параметры подвластны внешним воздействиям.
Есть, например,солнечная система, механику Ньютон придумал, и он же придумал формулу для силывзаимодействия, и понеслось. Функционирование этой системы было понято, можнобыло делать предсказания на 1000 лет вперёд, на 1000 лет назад. Например,специалисты в небесной механике могут вычислить все солнечные затмения, которыепроисходили 1000 лет назад, это так и делается для хроников: есть сообщения,что там было такое-то явление природы и прочее.1)
Вот такаясистема: Земля вращается вокруг Солнца на расстоянии 150 миллионов км, другиепланеты имеют свои параметры орбит. Почему? А не почему – начальные условия.Когда-то это дело всё затикало.2)Пролетела бы где-нибудь сравнительно близко от этой солнечной системы другаязвезда, – всё бы это возмутилось: параметры орбит стали бы другими, системапретерпела бы определённые пертурбации (их можно было бы рассчитать ипредсказать), мы получили бы другую систему. Атом не так! Скажем, планетарнаямодель атома: есть ядро, электроны, валентность, – но его свойства не меняютсяне то, что там где-то вблизи пролетел, а именно колоссальное числостолкновений, которые происходят сейчас здесь за секунду, не меняет этиххарактеристик.
Я ещё разобращаю внимание, что этот факт не подпадает под юрисдикцию классическойфизики, нет в ней таких механизмов, которые позволили бы объяснить этузависимость.
Дальше,например, генетический код. Организм вырастает из клетки, понятно, что долженбыть план, по которому организм развивается, и этот план должен иметьматериальный носитель. Есть материальный носитель, скажем, молекула ДНК,гигантская молекула длиной порядка 3м, она в клетке свёртывается в спираль, этолинейная конфигурация макроскопических размеров, там записан этот код. Каковадолжна быть стабильность записи этого кода, что на протяжении тысяч поколенийинформация не теряется! Все вы знакомы с носителями информации, и, конечно,есть устойчивые носители, скажем там цифровая запись, но вот более старыйноситель информации – виниловые нити (в аналоговых машинах), – информацияплывёт, понятно, что нити крутятся, крутятся, крутятся, и постепенно возникаютмелкие искажения, и делаются всё хуже и хуже. С генетическим кодом ничеготакого не получается. Есть там крупные поломки, иногда рождаются уродцы, но эторедкие случаи. Вообще-то, на протяжении тысяч поколений сохраняется этот код.
Классическая физикане предусматривает никаких механизмов поддержания такой стабильности. Если выпороетесь в памяти, любая макроскопическая система, и системы, на которых мыупражнялись и которые описываются классической физикой, обладают тем свойством,что малые внешние воздействия вызывают малые изменения параметров системы, тоесть всякая система может плавно менять свои параметры, а вот такие устойчивыеструктуры не прописаны там.
Это я клонюименно к тому, что на самом деле всё, что мы до сих пор изучали, не позволяетпонять, как же всё-таки устроен окружающий мир, почему он имеет такие свойства,какие имеет.
Ну, и вот то,чем мы будем заниматься в течение семестра, – изучать, как физика ответила наэтот вызов, и каким образом всё-таки удалось (а это действительно удалось)понять, как устроен этот мир.
И сразу скажу,между прочим, что на уровне наблюдаемых явлений в масштабах Земли и то, что сейчастворится на небе, на этом уровне физика сейчас проблем не имеет, то есть всеэти наблюдаемые свойства, полученные здесь, не представляют собой загадки иисчерпывающим образом на этом уровне описываются. Есть проблемы на болеефундаментальном уровне – вглубь вещества – не на уровне атомов, молекул, ядер,а ещё гораздо глубже, то есть вот поведение на таком более глубоком уровне тамда есть проблемы, но тот уровень не проявляется в наблюдаемом физическом мире,тот глубинный уровень не проявляется. Он был существенен на самых ранних этапахвозникновения Вселенной, и там действительно есть проблемы, которые не решеныещё, но повторяю, это проблемы на том уровне, который не влияет практически нато, что мы видим вокруг (то, что мы видим вокруг, там проблем нет, тутфизическая теория практически дошла до предела).
Но так глубокомы здесь не закопаемся, а вот устройство мира на уровне атомов, молекул,твёрдых тел, вот эти вещи мы здесь с вами разберём и поймём, в глубьэлементарных частиц мы не залезем и те глубинные вещи затрагивать практическине будем.
Вот такаяпрограмма действий. Так, ладно, это лирика была, а теперь перейдём к делу.
§2. Взаимодействие света свеществом. Корпускулярные свойства света
REF _Ref479523781 h * MERGEFORMAT 1. Внешний фотоэффект
2.Эффект Комптона
3.Давление света
Мы кончили тем,что свет это есть электромагнитные волны, и оптика это теория, имеющая дело сраспространением электромагнитных волн. Всё нормально: там волны, интерференциядифракция – все эти типичные волновые явления. Оказалось, однако, опять, чтоэта картина, а именно то, что свет есть электромагнитные волны, наталкиваетсяна непреодолимые трудности при попытке понять, как свет взаимодействует свеществом. Один аспект взаимодействия мы с вами рассматривали – рассеяние, –там нам стало понятно, почему небо синее.1)На самом деле, взаимодействие света с веществом не описывается в рамках вотэтого представления о свете как об электромагнитных волнах. Ну и короткообсудим известную вам вещь – фотоэффект.1. Внешнийфотоэффект
Вот, пусть мы имеем металл. Металл это, кстати,что такое? Это твёрдое тело, внутри которого имеются свободные электроны,которые могут свободно двигаться внутри этого тела. Именно металлы это те тела,в которых есть свободные электроны; не то, что в металлах это есть, а металлы –это такие вещества. Характерные свойства металлов (блеск) это свойство того,что в нём свободные электроны. Если на металл падает свет, то из металлавылетают электроны, это экспериментальный факт, был в своё время такой опыт, иявление называется фотоэффектом. Ну, прежде всего, чтобы начать обсуждать, почемуони вылетают, давайте поймём, почему они не вылетают, если они там есть. Тоже,кстати, вопрос не праздный.
Что такоеметалл? Металлы – это такие вещества, у которых при соединении атомов в решёткуотскакивают валентные электроны, остаются ионы, которые стоят в узлах решётки,и, значит, мы имеем такую структуру: ионы с положительными зарядами, а междуними электроны, и эти электроны свободно сквозят через эту решётку. Почемуэлектрон не вылетает, никаких стенок нет? Ответ простой: как только электронвылетел, весь кусок (до этого был нейтральным) становится положительнозаряженным, и он затягивает его обратно. Вроде бы мы ответили на вопрос, но нетак-то просто!
В жидкости молекулы нейтральны, между ними силывзаимодействия. Когда молекула жидкости вылетает (внутри жидкости на молекулудействуют силы во все стороны и в среднем они уравновешены), появляются силы,которые её затягивают обратно. Поэтому мы имеем поверхность жидкости,отделяющую воду в стакане от окружающего воздуха. Но молекулы в жидкости имеютразные скорости, и мы видели в своё время распределение молекул по скоростям(или распределение по энергиям в газе). Функция распределения имеет «хвост», и,в принципе, здесь сейчас в воздухе можно найти молекулу с любой энергией; молекулыв жидкости так же имеют функцию распределения с «хвостом», и там, в принципе,можно найти молекулу с достаточной энергией. С энергией достаточной для чего? Адля того, чтобы она смогла совершить работу против сил притяжения, а эта работазаведомо конечна, и улететь. Значит, в жидкостях имеются за счёт хаотическоготеплового движения молекулы с энергиями большими, чем работа по преодолению силпритяжения, возникающих, когда она взлетает. Молекула, обладающая такойэнергией, совершает эту работу, вылетает, при этом её кинетическая энергияубывает на какую-то величину, но всё равно она улетает. Происходит испарениежидкости, и это испарение обуславливает то, что жидкая фаза неустойчивапринципиально.1)Ну, понятно почему. Допустим, быстрые молекулы улетели вот из этого хвостараспределения, но хвост отрастает всё время, если температура остаётся та жесамая, хвост отрастает, и поэтому, в конце концов, они испарятся все.
Если теперьвернуться к вопросу о том, почему не вылетают электроны из металла, возникаеттакая проблема: если электроны в металле как частицы идеального газа, то срединих должны быть энергичные электроны, которые всё равно вылетят, эту работусовершат и улетят. Должно происходить непрерывное испарение электронов изметалла. В чём бы это проявилось? Это проявилось бы в том, что кусок металлаимел бы положительный заряд, а это тоже проявилось бы на бытовом уровне, иможете легко сообразить в чём. На любой кусок металла налипала бы всякаямелочь, пыль, бумажки, он был бы облеплен всякой гадостью, любой кусок металладолжен был бы быть облеплен пылью больше, чем соседний кусок дерева. Этого ненаблюдается. Это означает, что электроны не испаряются. А это означает, чтофункция распределения по энергиям внутри металлов такая, как на рис.1.4. Был бы «хвост» у этой функциираспределения, – электроны бы испарялись, и кусок был бы облеплен. Вот, междупрочим, первое обстоятельство, которое говорит, что здесь что-то не то с нашимипредставлениями. Действительно, функция распределения по энергии электронов вметалле имеет вид не такой, как на рис.1.3,а такой. Имеется некоторая энергия . Если взятьинтервал энергии
Тот факт, чтометалл не облеплен пылью, говорит, что нет хвоста, то, что обрыв такой резкий,из этого сказать нельзя, но где-то эта функция должна оборваться.
Если рисовать потенциальную энергию электронов вметалле, то это можно изобразить так: вне металла уровень постоянный, там нет электрическогополя, а внутри металла потенциальная энергия падает. Это соответствует тому, что в этой областидействует сила , затягивающаяэлектроны, внутри электрон опять свободен, сила на него не действует, и внутрипотенциальная энергия снова постоянна. Вот такая картина потенциальной энергии(рис.1.5).
Полная энергияэлектрона это сумма потенциальной и кинетической энергии. Если я нарисую Е– для свободного электрона. Самому энергичному электрону (который имеет максимальную кинетическую энергию)внутри металла, чтобы допрыгнуть до края ямы, не хватает куска работавыхода.1)Почему может вылетать электрон при освещении светом?
Могут сказать,ничего удивительного нет. Свет это электромагнитная волна, она проникает вметалл, в ней есть меняющееся электрическое поле, на электрон действует сила,электромагнитная волна может сообщить ему достаточную энергию, и, если емуповезёт, что с этой энергией он будет иметь направление импульса на границеметалла в вакуум, то он вылетит. В этом смысле ничего удивительного нет, всё нормально.Тогда следовало бы ожидать, что чем больше интенсивность падающего света, тоесть чем больше амплитуда волны, тем с большими скоростями будут вылетатьэлектроны из металла, потому что тем большую энергию они могут получить от этойволны. И тут первая осечка – на самом деле, не влияет интенсивность света наскорости, с которыми вылетают электроны. Оказалось, что на это влияетхарактеристика света, совсем вроде бы не имеющая отношения к делу, а именно,частота. Скорость вылетающего электрона зависит не от падающей энергии, а отцвета. Если на металл направить синий свет, то электроны будут вылетать сбольшими скоростями чем, если светить красным, если светить светом с ещёменьшей длиной волны, то они вообще не будут вылетать, какая бы ни былаинтенсивность. Вот, это были экспериментальные факты по фотоэффекту, и на этомзабуксовала вся наука, которую мы с вами до этих пор изучали.
Вот первыйпример, на котором споткнулась теория.2)Были и другие проблемы, тоже на первый взгляд невзрачные, но не находящиерешения в рамках этой самой теории, но это была очень внятная не решаемаяпроблема.
Для решениятакого рода проблем пришлось отказаться от волновой теории и признать, что привзаимодействии с веществом свет ведёт себя как поток частиц, то есть вернутьсяк старым корпускулярным представлениям, которые ещё Ньютон разделял.3)
Чем жеотличаются волны и частицы? Светим на кусок металла источникоммонохроматического света с определённой длиной волны, например зелёным.Измеряем скорости, с которыми вылетают электроны, оказывается, эти скоростименяются в пределах от нуля до некоторой максимальной скорости. Считаем,сколько электронов вылетает в секунду. Когда мы удаляемся от источника, светделается более тусклым, скорость, с которой вылетают электроны, не зависит отрасстояния, число вылетающих электронов зависит. Взрывается бомба, идёт ввоздухе ударная волна, её энергия убывает как
Если иметь ввиду эту аналогию, то понятно, что свет при фотоэффекте ведёт себя как частица,как летящая пуля: как бы далеко это движение не удалялось от источника, еслипроизошло взаимодействие, то электрон вылетит с той же самой скоростью. То естьэффект взаимодействия от расстояния не зависит; вопрос заменяет вероятностьтого, что свет провзаимодействует с электроном. Именно это и говорит, что прифотоэффекте свет ведёт себя не как волна, энергия которой убывает как взаимодействие света с веществом происходиттак же, как, если бы он был потоком частиц. Эти частицы получили название фотоны.
Энергия фотонасвязана с частотой. То, что мы в волновой теории называли частотой, а простовизуально это проявляется в цвете, эта вещь определяет энергию фотона: h– постоянная Планка. Она появилась немногораньше и по другим причинам (как она появилась, мы это в своё время обсудим). h– это некоторая константа с размерностью действием. Импульс фотона – это энергия, делённая на скоростьсвета: p= 0),
Когда вквантовой механике говорят о частице, то образ объекта локализованного впространстве и обладающего определёнными свойствами оказывается неверным.Частица – это носитель некоторых определённых свойств, например, объект смассой покоя 10-13кг, зарядом, равным заряду электрона, со спином½ (есть такая характеристика) называется электроном и рассматриваетсякак частица. Частица классически – локализованный объект, являющийся носителемсвойств. В квантовой механике свойства остаются, носители исчезают. «Алису встране чудес» кто читал, знают, на дереве сидел улыбающийся кот, а потом он началисчезать, растворяться, и исчез, и осталась одна улыбка. С понятием частицыпроизошло то же самое: классическая частица (кот) исчезла, растворилась, а еёсвойства (улыбка) остались. Вот в квантовой механике оперируем именно этимиулыбками без кота, на самом деле, физике этого достаточно.
Фотон – эточастица, для которой масса равна нулю, и для фотона Е тоже будет порядка 1)
Я начал с того, есть ли ещё частицы, которые имеют массу, равную нулю,и, стало быть, движутся со скоростью света. Похоже, что нет. Долгое время претендентомна то было нейтрино, и сначала с уверенностью считали, что масса нейтрино ноль,потом, лет 20 назад, возникли сомнения: масса близка к нулю (измерения давалимассу порядка 10эВ), но вопрос до сих пор повис. Неясно равна нулю массанейтрино или нет, других претендентов вообще нет, поэтому фотон пока единственнаячастица с массой равной нулю. Конечно, трудно себе представить, что это зачастица с массой ноль. На самом деле особо не надо напрягаться: мы не можем еёвзять в руки, фотон всегда будет носиться относительно нас со скоростью света,а если нельзя взять в руку, то нет смысла думать о том, как понимать массу этойчастицы.
можно написатьследующее:
Фотон это частица, у котороймасса равна нулю или, чтобы не было недоразумений, масса покоя равна нулю.Частица с нулевой массой обязана двигаться со скоростью света в любой системеотсчёта. Будете ли убегать от неё, всё равно её скорость равна скорости света.2)
2
Имеются такиеявления, для которых свет демонстрирует волновые свойства (дифракция, интерференция),имеются явления, когда он демонстрирует корпускулярные свойства (например,фотоэффект), возникает естественный вопрос, что же он такое на самом деле,волна или частицы? Кто был прав, Ньютон или Гюйгенс, которые придерживались напервый взгляд взаимоисключающих точек зрения? Ответ такой – вопрос, что онтакое на самом деле, предполагает ответ из двух взаимоисключающих альтернатив,или он есть то, или другое, или он естьни то и ни другое. Это означает, что свет более сложный объект, чем можно былосебе представлять. Тут надо иметь в виду вот что: понятия «волна» и «частица»это наши изделия, мы пытаемся описать мир в понятиях, которые мы придумали,удачно или неудачно. Неудачные вымирают, удачные же остаются, но надо иметь ввиду, что это всегда наши понятия, и, в общем-то, они могут оказаться болеесложными и не укладываться в рамки, в которые мы пытаемся их запихнуть спомощью языка.
Приведёмпример. Скажем, у нас два слова: мы знаем, что такое стол, и мы знаем, чтотакое стул. Кто-то приходит и раз – ставит табуретку, и спрашивает, что этотакое. Четыре ножки, ровная поверхность – это стол, с другой стороны на нейсидят – это стул. На самом деле это не стол и не стул, а, так сказать, попотребности может быть и тем и другим. Значит, какой выход? Надо придумать специально новое слово «табуретка».
Оказалось, чтореальность не делится на классы понятий волны и частицы, мы дальше увидим, чтоположение ещё более драматично. Поскольку нового слова для такого объекта каксвет ещё не придумали, приходится пользоваться такими выражениями, что внекоторых ситуациях свет ведёт себя как волна, в некоторых как частица. Важно,чтобы эти ситуации были действительно различными.1) Имеется чётко ограниченный кругявлений, когда объект проявляет корпускулярные свойства, и вполне определённыеситуации, когда объект проявляет волновые свойства.2) Никаких проблем нет.
Конечно, долженбыть соответствующий математический аппарат и математическая теория, котораяпозволяет давать ответы на соответствующие вопросы. Повторяю, дальше, когда мыбудем рассматривать квантовую теорию, там мы будем сталкиваться с ещё болееудивительными и драматическими проявлениями вот этой дилеммы волна – частица.
Закончимрассмотрение фотоэффекта. Напомню, на металл падает свет, из металла вылетаютэлектроны, тогда это иллюстрируется такой энергетической диаграммой (рис.1.5).
Еслив металл проникает фотон,3)имеющий энергию большую, чем работавыхода, то электрон вылетит из металла, и избыток энергии пойдёт на его кинетическуюэнергию, и мы тогда видим, что
Это знаменитаяформула Эйнштейна. Эйнштейн в 1921 году получил Нобелевскую премию за это, неза теорию относительности, а вот за эту вещь, которую теперь может написатьлюбой школьник. Казалось бы за что премия? Вот за то, что надо было осознать,что свет может представляться как поток частиц, корпускул, отказаться отгосподствующей точки зрения.
Видно, что если энергия фотона меньше работы выхода, электрон её поглотил,подскочил и всё равно из ямы не выскочил, фотоэффект не происходит. Если металлосвещать светом с частотами меньше, чем 4)
Куда деваютсяфотоны, когда они выбивают электроны? Фотоны отличаются от пуль тем, что дляних нет закона сохранения частиц: вот, родился фотон, он не сидел в атоме, какпуля в ружье, потом поглотился другим атомом и исчез.
Куда деваютсяэлектроны, когда их выбивают фотоны? Имеем кусок металла, светим на него из фонаря,из металла вылетают электроны, сколько их вылетает и до каких пор они будутвылетать? Когда какое-то количество электронов вылетело и ушло на бесконечность(если у нас один шар на свете и больше ничего нет), то, металл приобретётположительный заряд, и, в конце концов, этот заряд станет настолько большим,что максимальной кинетической энергии, с которой вылетает электрон, не хватит,чтобы уйти на бесконечность. Что тогда будет происходить? Электрон вылетел илетит обратно. Это означает, что всякий кусок металла при освещении должениметь некоторый положительный заряд, и он окружён облаком электронов, которыевылетают и затягиваются обратно.2. ЭффектКомптона
Это в своё время был решающий эксперимент,который должен был подтвердить вот эту корпускулярную теорию, что свет привзаимодействии с веществом проявляются корпускулярные свойства. Речь идёт орассеивании света на электронах. Мы уже обсуждали рассеивание света (почемунебо синее), электрон колеблется в поле падающей волны с частотой волны,излучает вторичные волны с той же частотой, и они представляют рассеянный свет.Это, кстати, взаимодействие света с веществом, оно должно подпадать вот под этукорпускулярную теорию. По корпускулярной теории рассеивание происходит иначе.
Мы имеем электрон, на электрон налетает фотон, обладающий определённойэнергией и импульсом. Происходит столкновение, нельзя фотон уподоблятьбильярдному шару, и электрон нельзя уподоблять шару, они как-то взаимодействуюти разлетаются. Мы имели неподвижный электрон и фотон, конечная ситуация:электрон вылетает из этой области взаимодействия и фотон, но поскольку электронимеет какую-то энергию, то энергия фотона должна быть меньше исходной:
Энергия достолкновения это энергия фотона и xдо: yдо: 0, после:
Вот, три этихуравнения описывают столкновение. Считаем известной начальную ситуацию, тоесть, заданы величины и всё, неизвестные величины:1) Нас будет интересовать частотав виде функции от угла рассеивания
От угла мы можем избавиться,возведя последние два уравнения в квадрат и сложив их:
выразим
Это мы нашли импульсрассеянного фотона, выраженный через импульс налетающего фотона и угол рассеиванияфотона.
И здесь сразуможно усмотреть, почему неправильная была предъявлена теория «Почему небосинее?», вам на экзамене её приходилось отвечать, почему она, тем не менее,могла быть? По корпускулярной теории частота рассеянного света должна бытьменьше частоты падающего, а по волновой они одинаковы. Видно, что, если
Действительно,были проделаны эксперименты,1)и эта формула подтвердилась. Эффект Комптона подтвердил корпускулярные свойствасвета.3. Давлениесвета
В рамкахкорпускулярных представлений задача о давлении света элементарно решается, хотяиз волновой теории следует, что свет должен оказывать давление при падении напоглощающий или отражающий экран.
Когда световая волна падает на поверхностьметалла, то напряжённость электрического поля вызывает ток сплотностью
Имеется мишень,поток частиц, которые застревают в этой мишени. Эти частицы несут с собойимпульс, а сила это изменение импульса частиц, пересекающих данную площадку заединицу времени, это изменение импульса легко сосчитать.
Пусть у насимеется поток света с интенсивностью падают фотоны, ихчисло за время можно найти, разделивпадающую энергию за это же время на энергию одного фотона.
Изменение импульса за единицу времени это есть сила:
То есть давление света при полном поглощении это интенсивность света,делённая на скорость света, при полном отражении (при нормальном падении)давление удвоится.
Сила давлениямала или велика? Для обычной интенсивности света (лампочка 40 Вт), можете легкоопределить силу света на заданном расстоянии, это величина порядка 1Па. Это незначит, что вообще давление света мало. Плотность энергии в лазерном лучедостигает сотен атмосфер, лазерный луч пробивает железную стену, непроплавляет, а пробивает. В принципе, можно поставить на тележкурадиопередатчик с направленной антенной, чтобы он излучал только в однусторону, – появится реактивная сила. В своё время (в 60-х годах) модно былорассуждать о межзвёздных перелётах. Фотонные ракеты, кстати, единственныйболее-менее реальный способ межзвёздных перелётов. На обычном топливе достичьоколосветовых скоростей невозможно. Идея была такая: на ракете имеется запасвещества и антивещества, потом электроны с позитронами аннигилируют, и всё этопревращается в энергию излучения. Это единственный на сегодняшний день реальныйспособ, хотя тоже фантастический. Кинетическая энергия равна: 1)
§3. Тепловое излучение
1. Абсолютночёрное тело
2.Закон Кирхгофа
3.Закон Вина
4.Закон Стефана-Больцмана
Все тела при температуре выше абсолютного нуля излучают электромагнитныеволны. Этот кусок мела, я, вы, полы, тут всё излучает электромагнитные волны.Это излучение называется тепловым излучением. Механизмизлучения простой: в конечном итоге все тела состоят из заряженных частиц,которые при температуре выше абсолютного нуля находятся в состояниихаотического движения, а дёргающийся заряд излучает электромагнитные волны.2)1. Абсолютно чёрноетело
Тепловоеизлучение – следствие хаотического движения заряженных частиц, а оно происходитво всём диапазоне. Это означает, что длины волн при тепловом излучении меняютсятак: 1) Значит, если это энергия,излучаемая в интервале называется спектральной плотностью излучения.2) Эта функция характеризует каждое тело.Любое тело имеет свои предпочтения: на одной длине волны излучает больше, на другойменьше, это зависит от его конкретного устройства.
Имеется другаяважная характеристика – монохроматическаяпоглощательная способность, определяется так:
Для идеальногозеркала, которое отражает всё падающее излучение на всех длинах волн, определяет абсолютно чёрное тело, такие тела есть.
3
Мы остановилисьна том, что абсолютно чёрное тело это тело, для которого на всех длинах волн,то есть оно поглощает всё падающее на него извне излучение и его не отражает.Мы видим определённые тела вследствие того, что мы видим отражённый от нихсвет, то есть мы видим отражённые электромагнитные волны,3) а если тело ничего не отражает, то,конечно, оно будет чёрным. Скажем, здесь сейчас кто-нибудь из вас стал быабсолютно чёрным, как бы это воспринималось? А вот та