قوة الضوء: ما الفرق بين تثبيت القدرة وتثبيت عدد الفوتونات؟

قوة الضوء تعتمد على زخم الفوتون ومعدل وصول الفوتونات؛ حدد ما تثبته في المقارنة. [1]

الخلاصة السريعة

عند قدرة ثابتة لا تتغير قوة الامتصاص المثالي بالطول الموجي؛ عند معدل وصول ثابت تتناسب القوة عكسيًا معه. [2]

• نقارن حزمتين أحاديتي اللون في الفراغ، تسقطان عموديًا بكاملهما على سطح ساكن. القوة المتوسطة F بالنيوتن؛ ندرس انتقال الزخم المباشر فقط. السطح إما ماص تام أو عاكس تام، دون نفاذ أو قوى حرارية إضافية. [2]
• λ الطول الموجي بالمتر، وh ثابت بلانك بوحدة J·s، وc سرعة الضوء. طاقة الفوتون E=hc/λ بالجول وزخمه p=E/c=h/λ بوحدة kg·m/s؛ مضاعفة λ تنصف E وp. [1]
• P القدرة الساقطة بالواط وΦ متوسط عدد الفوتونات الواصلة في الثانية. لأن P=ΦE، يكون Φ=Pλ/(hc). عند قدرة ثابتة، مضاعفة الطول الموجي تضاعف العدد في الثانية. [1]
• للماص F=Φp=P/c: زيادة العدد تعوض نقصان زخم الفرد. وللعاكس F=2P/c، لأن اتجاه الزخم ينعكس. إذا توزعت القدرة بانتظام على مساحة A، فالشدة I=P/A والضغط F/A=I/c للماص؛ القوة والضغط وحدتان مختلفتان. [2]
• مثال تعليمي بقيم مقربة h=6.63×10⁻³⁴J·s وc=3×10⁸m/s: قدرة P=4.9725mW عند λ=400nm تعطي Φ=10¹⁶s⁻¹، وعند 800nm تعطي 2×10¹⁶s⁻¹. في الحالتين F=1.6575×10⁻¹¹N للماص و3.315×10⁻¹¹N للعاكس. الخانات حسابية. Φ0 وp0 قيمتا الحزمة الأقصر. [1][2]
• عند Φ=10¹⁶s⁻¹: عند 800nm تصبح P=2.48625mW وقوة الماص 8.2875×10⁻¹²N، نصف قيمتي 400nm. في الرسم r=λ/λ0 من 1 إلى 2؛ F/F0=1 للقدرة الثابتة وF/F0=1/r للعدد الثابت، حيث λ0=400nm وF0 قوة الماص عنده. [1]

المراجع

1. طاقة الفوتون وزخمه
2. الزخم والضغط الإشعاعي

الضوء والفوتون

أُعدّ هذا المقال بمساعدة الذكاء الاصطناعي، وخضع لمراجعة ذاتية بالأداة نفسها. لا يُنسب إلى مراجع بشري أو خبير مستقل. منهجية المحتوى.