П. Н. ЛЕБЕДЕВ ПОДГОТОВИЛА: ДОБРЫНЮК АЛЕКСАНДРА УЧЕНИЦА 11-2 Ф-М КЛАССА (8 марта марта 1912) - русский физик - экспериментатор, первым подтвердивший на опыте вывод Максвелла о наличии светового давления.

БИОГРАФИЯ Родился в купеческой семье в Москве 8 марта 1866 года. Первоначальное образование получил в Петропавловской немецкой школе и в частном реальном училище. В юношеские годы увлёкся физикой, но доступ в университет для него, выпускника реального училища, был закрыт. Поступил в Императорское Московское техническое училище.

ОБРАЗОВАНИЕ В 1887 году Лебедев направился в Германию, в лабораторию известного физика Августа Кундта. В 1891 году написал диссертацию «Об измерении диэлектрических постоянных паров и о теории диэлектриков Моссотти Клаузиуса». По возвращении в Россию получил в 1892 году в Московском университете место ассистента в лаборатории профессора А. Г. Столетова. Цикл выполненных у Кундта работ вошёл в представленную Лебедевым в 1900 году магистерскую диссертацию «О пондеромоторном действии волн на резонаторы».

НАУЧНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ Лебедев начинает активно проводить экспериментальную работу. В 1899 году П. Н. Лебедев при помощи виртуозных, хотя и выполненных скромными средствами опытов подтвердил теоретическое предсказание Максвелла о давлении света на твёрдые тела, а в 1907 году и на газы (открытие эффекта давления света). П. Н. Лебедев уделяет много сил созданию научной школы, которая по существу была первой в России и появление которой продолжает ощущаться до наших дней.

ИСТОРИЯ Впервые гипотеза о существовании светового давления была высказана И. Кеплером в XVII веке для объяснения поведения хвостов комет при пролёте их вблизи Солнца.

ДАВЛЕНИЕ СВЕТА С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ВОЛНОВОЙ ТЕОРИИ В 1873 г. Дж. Максвелл, исходя из представлений об электромагнитной природе света, пришел к выводу: свет должен оказывать давление на препятствия (благодаря действию силы Лоренца). на рисунке υ - направление скорости электронов под действием электрической составляющей электромагнитной волны).

Что происходит, если электромагнитная волна падает на металлическую пластину? При падении плоской электромагнитной волны на поверхность вещества площадью S напряжённость Е электрического поля волны вызывает в веществе направленное движение свободных зарядов, то есть в веществе возникает электрический ток, на который магнитное поле с индукцией В действует с силой Ампера. Её направление определяют с помощью правила левой руки. Сила Ампера направлена в сторону распространения волны (это и есть сила светового давления)

Объяснение светового давления с точки зрения волновой теории Электрическое поле волны действует на свободные заряды в пластине с переменной силой, под действием которой заряды начинают совершать колебания. На такие заряды магнитное поле действует с силой Лоренца, направление которой находят по правилу левой руки. Эта сила направлена в сторону распространения волны. Таким образом, свет оказывает давление на тела.

РАСЧЁТ СВЕТОВОГО ДАВЛЕНИЯ В ТЕОРИИ Д. К. МАКСВЕЛЛА В яркий день свет Солнца, падающий на зеркальную поверхность площадью 1 м 2 действует на неё с силой 4, Н. W – энергия, поглощаемая площадкой в 1 кв. метр за 1 с (мощность волны), С – скорость света, Р – световое давление

ОПЫТ П. Н. ЛЕБЕДЕВА Световое давление на твердые тела было измерено П. Н. Лебедевым, который в 1900 г., используя чувствительные крутильные весы. Теория и эксперимент совпали. Опыты П. Н. Лебедева экспериментальное доказательство факта: фотоны обладают импульсом

ОПЫТ П. Н. ЛЕБЕДЕВА Трудности: А) давление света мало Б) радиометрический эффект (мешал) В) конвекционные потоки воздуха (мешали ) Устранение: тонкие крылышки, вакуум, большой сосуд, светофильтры ИК. Размеры крыльчатки: Высота – 4 см Ширина – 2 см Диаметр крылышек – 0,5 см Толщина крылышек: 0,1 – 0,01 мм

Трудности, возникшие на пути к осуществлению идеи Проблема: 1. Измеряемая величина очень мала. Как измерить ничтожно малое давление света? Решение проблемы: Размеры крыльчатки: Высота – 4 см Ширина – 2 см Диаметр крылышек – 0,5 см Толщина крылышек: 0,1 – 0,01 мм

Трудности, возникшие на пути к осуществлению идеи 2. Преодоление радиометрического эффекта. Сущность проблемы: Нагретая светом поверхность крыльчатки испытывает со стороны отскакивающих от неё молекул газа действие большей силы, причём радиометрические силы в тысячи раз больше сил светового давления. Решение проблемы: Уменьшение толщины крылышек до предела (0,1 – 0,01 мм)

Трудности, возникшие на пути к осуществлению идеи 3. Нагревание баллона под действием света Сущность проблемы: От освещённой части баллона молекулы отскакивают с большими скоростями и с большей силой действуют на крылышко. Решение проблемы: 1. Использование светофильтров, задерживающих тепловые лучи; 2. Баллон имеет большие размеры, чтобы молекулы потеряли за счёт столкновений свою скорость.

Трудности, возникшие на пути к осуществлению идеи 4. Возникновение конвекционных токов Сущность проблемы: Нагретый газ у освещённой стороны крылышка поднимается вверх, на его место приходит более холодный газ с теневой стороны. Решение проблемы: Свет попеременно направляется то на одну, то на другую поверхность крылышка

Трудности, возникшие на пути к осуществлению идеи 5. Создание глубокого вакуума Сущность проблемы: И конвекционный, и радиометрический эффекты тем слабее, чем выше вакуум. Решение проблемы: Помещение в баллон капли ртути, пары которой вытесняют воздух, откачиваемый насосом, после чего баллон охлаждают. Пары ртути конденсируются, повышая вакуум.

ЗНАЧЕНИЕ ОПЫТА П. Н. ЛЕБЕДЕВА 1. Доказали справедливость теории электромагнитного поля Д. К. Максвелла; 2. Явились одним из краеугольных камней квантовой теории света и теории относительности; 3. Доказали наличие у света импульса, а значит, и массы, то есть существование фотонов (световых частиц); Доказали, что свет - один из видов материи, а не механические волны в эфире.

СХЕМА ОПЫТА П. Н. ЛЕБЕДЕВА Давление света зависит от коэффициента отражения поверхности: А) при отражении от зеркальной поверхности крылышко (2) получает импульс р 2 2 р. Б) поверхность чёрного крылышка (1) поглощает свет и р 1 р.. Экспериментальное измерение давления света (10 -6 Н/м 2 ) с точностью до 2% совпало с теоретическими расчётами Максвелла.

Объяснение давления света с точки зрения квантовой теории Световые частицы – кванты, попадая на вещество, передают ему свой импульс и тем самым, действуют на него с силой, которую и называют силой светового давления.

ДАВЛЕНИЕ СВЕТА С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ Пусть на поверхность абсолютно черного тела площадью S перпендикулярно к ней падает N фотонов за времяt Каждый фотон обладает импульсом: Сила давления: Световое давление: Интенсивность света I энергетическая характеристика: на черную поверхность на белую(и зеркальную) поверхность

ДАВЛЕНИЕ СВЕТА Свет падает перпендикулярно поверхности

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ