Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования - Яворский Б.М.
Скачать (прямая ссылка):
Метам Рис. V.5.5
Б.б. Давление света
1°. Давлением света называется давление, которое производят электромагнитные световые волны, падающие на поверхность какого-либо тела. Существование светового давления предсказано в электромагнитной теории света. Если, например, электромагнитная волна падает на металл М, то под действием электрического поля волны с напряженностью E электроны металла будут двигаться в направлении, противоположном вектору E со скоростью V (рис. V.5.6). Магнитное поле волны с индукцией В действует на движущиеся электроны с силой Лоренца F11 (III.4.5.Г) в направлении, перпендикулярном поверхности металла. Таким образом, световая волна оказывает давление на поверхность металла.
2°. В квантовой оптике световое давление является следствием того, Рис- V.5.6
что у фотона имеется импульс р
(V.5.1.2е). При столкновении фотона с поверхностью тела этот импульс передается атомам или молекулам вещества. Аналогично этому, давление газа есть результат передачи импульса молекулами газа частицам на поверхности стенки сосуда.
418
отдел v. гл. 5. квантовая оптика
Давление света определяется формулой Максвелла: P = (I +г) w,
где г — коэффициент отражения света поверхностью тела, w — объемная плотность энергии электромагнитного поля волны (111.5.7.5°).
Давление света на идеально отражающую (зеркальную) поверхность (г= I) p=2w вдвое превышает давление света p=w для абсолютно черного тела, у которого г=0. Различие давления света в этих двух случаях объясняется тем, что импульс фотона ftv/c (п. 2") в случае поглощающей поверхности передается атомам пли молекулам тела. При отражении от зеркальной поверхности импульс фотона к\:с изменяется на противоположный — ftv/c, так что импульс, передаваемый частицам вещества, составляет 2/Vv'e.
Рис. V.5.7
Рис. V.5.8
3°. Существование светового давления и справедливость формулы Максвелла были экспериментально доказаны опытами П. Н. Лебедева. Прибор Лебедева представлял собой легкий каркас с укрепленными на нем тонкими «крылышками» — светлыми и темными дисками толщиной от 0,01 до 0,1 мм. Диски располагались* симметрично относительно оси подвеса, вокруг которой каркас мог поворачиваться (рис. V.5.7). Свет, падая на «крылышки», оказывал на светлые и затемненные диски различное давление. В результате каркас, подвешенный на тонкой стеклянной нити, испытывал вращающий момент (1.3.1.4°), который закручивал пить. Давление света определялось по углу закручивания нити. Объемная плотность энергии электромагнитного поля измерялась П. Н. Лебедевым с помощью специально сконструированного магнитного калориметра. На него направлялся на определенное время пучок света, и регистрировалось повышение температуры. Величина w
5.5. химические действия света. фотопроцесс
417
определялась по количеству поглощенной теплоты. Остроумно преодолев ряд трудностей, возникших при измерении светового давления, П. Н. Лебедев доказал справедливость формулы Максвелла (п. 2°), вытекающей из электромагнитной теории света.
На рис. V.5.8 изображена схема установки П. Н. Лебедева для измерения давления света на газы. Свет, проходящий сквозь стеклянную стенку А, действует на газ, заключенный в цилиндрическом канале В. Под влиянием давления света газ из канала В перетекает в сообщающийся с ним какал С. В канале С находится легкий подвижный поршень D, подвешенный на тонкой упругой нити Е, перпендикулярной плоскости чертежа. Световое давление измерялось по углу закручивания нити.
5.6. Химические действия света. Фотографический процесс
Г. Химическими называются действия света, в результате которых в веществах, поглощающих свет, происходят химические превращения — фотохимические реакции. Например, при освещении паров брома молекула Br2 диссоциирует на два атома брома; молекула бромистого серебра AgBr под действием света разлагается на атомы брома и серебра *).
2°. Фотохимические реакции, происходящие в фото-чувствительных слоях фотопластинок и пленок, являются основой фотографии. Фоточувствительный слой состоит из кристалликов бромистого серебра, внедренных в желатину. Под действием света происходит фотохимическая реакция разложения AgBr (п. Г). Выделяется незначительное количество металлического серебра, различное в разных частях фотопластинки, и образуется скрытое изображение объекта.
Для проявления фотопластинки ее погружают в раствор проявляющих веществ. При этом из кристаллов бромистого серебра, подвергшихся действию света, выпадает все большее число атомов серебра. Они группируются вблизи тех атомов серебра, которые возникли до проявления. В результате выделения серебра засвеченные места фотопластинки чернеют тем больше, чем ярче было освещено COOT-
*) Процесс превращения ионов Ag+ и Br- в атомы не рассматривается.
4!8
ОТДЕЛ V. ГЛ. Б. КВАНТОВАЯ ОПТИКА
встствующее место фотопластинки. Неосвещенные места пластинки остаются неизменными — там сосредоточивается светлое бромистое серебро. Чтобы полученное негативное изображение не изменялось под действием света, его закрепляют, опуская пластинку в раствор тиосульфата натрия (гипосульфит) {фиксаж). При этом не восстановленное проявителем бромистое серебро растворяется. После промывания и просушки негатив может храниться и использоваться для различных целей. Например, рентгеновские снимки органов человека сохраняют негативными (V.3.6.50). Для получения с негатива позитивного изображения негатив проецируется на фотобумагу со светочувствительным слоем. После проявления получают обращенное изображение неіатіта — позитив, в котором светлые места фотографируемого объекта получаются светлыми, а темные — темными.
