ضغط إشعاع

نموذج الموجة

• :
• حيث:
• دلتا كرونإكر

وفي هذا السياق، المركبتان لموتر ماكسويل للضغط تتكون من شدة المجال الكهربي وشدة التدفق المعناطيسي

من جهة ثانية، الضغط الذي يزاوله مجال أشعاعي في الفراغ على مساحة يمكن وصفه بواسطة موتر يسمى «موتر الضعط لماكسويل» أو يسمى كذلك «موتر الطاقة والزخم» . فإذا كان وحدة المتجه العمودي على المساحة الممتصة للأشعة فيمكن كتابة ضغط الإشعاع الناشيء بالمجموع الآتي:

وفي هذا السياق، يعتمد إثبات وجود ضغط الإشعاع على معادلات ماكسويل ولكن المعاملة الرياضية مجهدة. لهذا فننصح بالرجوع إلى الكتب الدراسية عن الخاصة عن الديناميكا الكهربائية.

ثابت المجال الكهربي

.و ثابت المجال المغناطيسي.

علاوةً على ذلك، ويمكن الرجوع إلى الحل المفصل باستخدام معادلات ماكسويل في كتاب «جاي أورير» Jay Orear: Physik: Band 2.

اكتشاف ضغط الإشعاع

من جانب آخر، ولذلك فقد سمي ضغط الإشعاع باسم مكتشفيه وهو يسمى «ضغط ماكسويل-بارتولي».

علاوةً على ذلك، كما قام أدلفو بارتولي باستنتاج ضغط الإشعاع عام 1876 عند دراسته الديناميكا الحرارية. وافترض أنه بسبب انعكاس الضوء على مرآة تتحرك وتأثير دوبلر فإن ذلك يجعل حرارة تنتقل من جسم بارد إلى جسم ساخن مما يتنافى مع القانون الأول للديناميكا الحرارية. فلكي يتمشى ذلك لافتراض مع القانون الأساسي للترموديناميك فلا بد وأن يكون للضوء ضغط يؤثر به على المرآة.

من جانب آخر، وفي سنة 1972 قام الفيزيائي آرثر أشكين بإشعاع كرات صغيرة من البلاستيك بأشعة الليزر واستطاع بواسطة مجهر رؤية حركة الكرات.

ومن جهة أخرى، ثم جاءت التجارب العملية الأولى فأيدت ذلك قام بها بيوتر ليبيديف عام 1901.

في هذا الإطار، وتبع تلك التجربة تحارب أخرى قام بها إيرنست نيكولس وجوردون هال عام 1903 . أيدت الظاهرة.

علاوةً على ذلك، صاغ جيمس ماكسويل عام 1873 معادلاته المعروفة بمعادلات ماكسويل عند دراسته للديناميكا الكهربائية، وبين أن الموجة الكهرومغناطيسية لها ضغط تؤثر به على الأجسام.

ولنفترض فيض من الفوتونات قدره dN/dt

فإذا أثرت تلك القوة بزاوية قدرها

إضافةً إلى ذلك، فإنه يتسبب عند امتصاصه في تغير الزخم الحركي في وحدة الزمن (1 ثانية) في قوة مقدارها:

تطبيقات

وفي السياق ذاته، يبلغ الثابت الشمسي نحو 1370 وات/المتر المربع، ومنه ينتج ضغط إشعاعي شمسي يبلغ قدره عند الامتصاص نحو 6و4 ميكرو باسكال. هذا الضغط يؤثر بمقدار الضعف في حالة الانعكاس الكلي. وتوجد منذ مدة ليست وجيزة أفكار في استغلال ضغط أشعة الشمس لتحريك قلع شمسي يعمل على الحركة والسفر بين الكواكب.

علاوةً على ذلك، (السبب في دوران الطاحونة الضوئية هو أن ناحية الزعانف المسودة تكون أكثر شخونة من السطح اللامع [ لأن الجسم الأسود يمتص جميع الحرارة الساقطة عليه ] ، فعندما تصتدم جزيئات الغاز الموجودة في القارورة الحافظة بالسطح الساخن للزعنفة فإنها ترتد من عليه بسرعة أعلى عن الجزيئات المصتدمة على السطح البارد، لذلك تدور الطاحونة في اتجاه الأسطح الامعة لزعانف الطاحونة).

من جانب آخر، مع ملاحظة أن الطاحونة الضوئية لا تعمل على أساس ضغط الإشعاع، ويمكن معرفة ذلك عن طريق مشاهدة اتجاه دوران زعانف الطاحونة، فإن الجهة العاكسة للضوء لزعانف الطاحونة تعاني من ضغط أقل عن الجهة المسودة للزعانف مما يجعلها تدور في الاتجاه المعاكس (الطلاء الأسود على جهة واحدة من زعانف الطاحونة الضوئية يساعد على رفع درجة حرارته فتنطلق منها جزيئات تجعل الطاحونة تدور في الاتجاه المعاكس).

علاوةً على ذلك، من الوجهة المبدئية فإنه يمكن تحريك مركبة فضاء عن طريق إفناء مادة ومادة مضادة حيث ينتج عنها فوتونات. وفي تلك الحالة يستغل ضغط الإشعاع في تحريك مركبة الفضاء في اتجاه عكسي لاتجاه انبعاث الفوتونات.

في الفيزياء الفلكية

من جهة ثانية، بل أكثر من ذلك فيمكن مشاهدة كيف أن ضغط أشعة الشمس على ذيل المذنب تفصل بين الجزيئات الخفيفة والجزيئات الثقيلة فتشكلان ذيلين منفصلين عن بعضهما البعض، والنتيجة أن يكون لهما لونين مختلفين. ذلك لأن ضغط أشعة الشمس تزيح الجزيئات الخفيفة مسافة أكبر من إزاحتها للجزيئات الثقيلة.

من جانب آخر، ويمكن ملاحظة ذلك في حركة مذنب حيث يتأثر ذيله بضغط أشعة الشمس الساقطة عليه. نجد أن ذيل المذنب ينحرف متأثرا بسقوط أشعة الشمس عليه، وينحرف بزاوية صغيرة إلى حد ما ولكن يمكن رؤيتها بسهولة.

• المراجع
• اقرأ كذلك
• ضوء
• موجة كهرومغناطيسية
• طيف
• طيف امتصاص
• طيف انبعاث
• مجموعة خطوط بالمر
• مجموعة خطوط لايمان

ومن ناحية أخرى، يلعب ضغط الإشعاع في الفيزياء الفلكية دورا هاما في الاحتفاظ بحجم النجم، حيث يوازن ضغط الإشعاع الناشيء عن اندماج الهيدروجين في قلب النجم، يوازن قوة الثقالة التي تحاول جمع كل مادة النجم في مركزه. كما يفسر ضغط الإشعاع بعض حركات النجوم والغبار الكوني بين النجوم.

من جهة ثانية، وفي نجوم مثل نجم ولف-رايت التي تنشر غازات حولها في الفضاء بسبب سخونة سطحها الشديدة (بين 25.000 و50.000 درجة كلفن)، فإن ضغط أشعة النجم يعمل كذلك على إبعاد ذرات الغاز عن النجم ويساعدها على الانتشار في الفضاء.

علاوةً على ذلك، وقد أدى مشاهدة مذنب هيل-بوب إلى التحقق من وجود ثلاثة أذيال له منفصلة تحت تأثير سقوط أشعة الشمس عليها، وتبين من التحليل الطيفي لها أن الذيل يتكون من ذيل غبار وذيل صوديوم وذيل غازي.

ينقل فوتون ذو تردد

طاقة قدرها:

التفسير

نموذج الجسيمات للضوء

في هذا الإطار، تعتبر الموجات الكهرومغناطيسية فيض من الجسيمات (فوتونات) وفي نفس الوقت تعتبر اهتزازات لمجال كهرومغناطيسي تنتشر في هيئة موجة هي الموجة الكهرومغناطيسية، وهذا يفسر حدوث ضغط للإشعاع طبقا للنموذجين الموصوفين عن الطبيعة المزدوجة للضوء (ازدواجية موجة-جسيم).

معادلة لطاقة جسيم كتلته

• تتحرك بسرعة الضوء c .
• وبناء على ذلك للفوتون زخم حركة قدره :
• حيث:
• h ثابت بلانك

طول الموجة

.

من جهة ثانية، ويكون زخم الحركة في اتجاه انتشار الفوتونات. ويبقى زخم الحرة هذا باقيا لا يفنى سواء امتص، أو انبعث، أو انعكس، أي أن المساحة المعرضة للفوتونات يعتريها تغير في زخم حركتها وفي نفس الاتجاه.

مع العمودي على سطح مساحته

فإنها تؤثر عليه بضغط مقداره p :

حيث:

هو ضغط الإشعاع،

شدة الإشعاع.

وفي هذا السياق، أما عندما ينعكس الشعاع الساقط فإنه يأخذ معه زخم حركة له نفس المقدار، فيكون في حالة الانعكاس تأثيره الضعف (تتضاعف كمية الحركة للسطح المعرض لانعكاس الضوء).