Presiunea radiației

Presiunea de radiație este presiunea exercitată asupra unui corp atunci când este expus la radiații electromagnetice . Acest lucru se datorează faptului că undele electromagnetice , pe lângă transportarea energiei , transportă și elan . Când aceasta este absorbită, presiunea rezultată este raportul dintre densitatea fluxului electromagnetic și viteza luminii . Dacă radiația este reflectată în totalitate, presiunea radiației este dublată. De exemplu, radiația electromagnetică a Soarelui are o densitate de flux de 1370 W / m² (așa-numita constantă solară ), astfel încât presiunea radiației (absorbită) este de 4,6 μPa (reflectată) în loc de 9,3 μPa .

Presiunea de radiație a unei stele este determinată de supraîncălzirea materiei stelare de către energie, produsă în timpul reacțiilor termonucleare din interiorul miezului , care nu este dispersată în exterior sub formă de radiație electromagnetică (lumină) și căldură. Această presiune este opusă forței gravitaționale de atracție care tinde să o facă să se prăbușească .

Descoperire

Faptul că radiația electromagnetică exercită presiune pe orice suprafață expusă la acesta a fost teoretic dedus de James Clerk Maxwell în 1871 și verificat experimental de Lebedev în 1900 și de Nichols și Hull în 1901 . Presiunea este foarte scăzută, dar poate fi detectată cu un radiometru Nichols.

Teorie

În vid, o undă electromagnetică are un impuls egal cu:

{\vec {q}}={\frac {w}{c}}{\hat {c}}

{\ displaystyle {\ vec {q}} = {\ frac {w} {c}} {\ hat {c}}}

{\ displaystyle {\ vec {q}} = {\ frac {w} {c}} {\ hat {c}}}

w={dP \over d\tau }={\vec {E}}\cdot {\vec {J}}

{\ displaystyle w = {dP \ over d \ tau} = {\ vec {E}} \ cdot {\ vec {J}}}

{\ displaystyle w = {dP \ over d \ tau} = {\ vec {E}} \ cdot {\ vec {J}}}

unde este $w$ ${\ displaystyle w}$ $w$ este puterea absorbită de unitatea de volum a materialului asupra cărui undă afectează ^[1] , în timp ce $c$ ${\ displaystyle c}$ $c$ este viteza luminii în vid, ${\hat {c}}$ ${\ displaystyle {\ hat {c}}}$ ${\ displaystyle {\ hat {c}}}$ versorul său e $q$ ${\ displaystyle q}$ $q$ impulsul . Raportul oferă o presiune dimensională, adică o forță referită la unitatea de suprafață. Dacă unda își transmite toată energia către material, nu mai este convenabil să ne referim la puterea pe unitate de volum, ci la energia incidentă în unitatea de timp, având astfel în loc de $q$ ${\ displaystyle q}$ $q$ , impuls transmis unității de volum în unitatea de timp, $p$ ${\ displaystyle p}$ $p$ , impulsul transferat în unitatea de timp de la unda incidentă în mod normal la suprafață ^[1] :

{\vec {p}}={\frac {I}{c}}{\hat {c}}

{\ displaystyle {\ vec {p}} = {\ frac {I} {c}} {\ hat {c}}}

{\ displaystyle {\ vec {p}} = {\ frac {I} {c}} {\ hat {c}}}

Poate fi apoi legat de câmpul electric sau magnetic, amintindu-ne $THE$ ${\ displaystyle I}$ $THE$ este intensitatea medie a undei care poate fi exprimată ca valoare medie absolută a vectorului Poynting :

|p|={\frac {I}{c}}={\frac {E_{0}B_{0}}{2\mu _{0}c}}={\frac {\varepsilon _{0}E_{0}^{2}}{2}}={\frac {B_{0}^{2}}{2\mu _{0}}}

{\ displaystyle | p | = {\ frac {I} {c}} = {\ frac {E_ {0} B_ {0}} {2 \ mu _ {0} c}} = {\ frac {\ varepsilon _ {0} E_ {0} ^ {2}} {2}} = {\ frac {B_ {0} ^ {2}} {2 \ mu _ {0}}}}

{\ displaystyle | p | = {\ frac {I} {c}} = {\ frac {E_ {0} B_ {0}} {2 \ mu _ {0} c}} = {\ frac {\ varepsilon _ {0} E_ {0} ^ {2}} {2}} = {\ frac {B_ {0} ^ {2}} {2 \ mu _ {0}}}}

Dacă luăm în considerare o undă electromagnetică care afectează în mod normal o anumită suprafață, dacă aceasta absoarbe energia $U$ ${\ displaystyle U}$ $U$ purtat de val, absoarbe, de asemenea, un impuls $|p|$ ${\ displaystyle | p |}$ ${\ displaystyle | p |}$ . Dacă unda este reflectată, impulsul transmis va fi dublu, deoarece unda se deplasează acum în direcția opusă.