
【化】 radiation pressure
radialization; radiation
【化】 irradiation
【醫】 radiate; radiation; radio-
intimidate; keep under control; press; push down; shelve; suppress
【醫】 prelum; pressure
輻射壓(Radiation Pressure)是電磁輻射作用于物體表面時産生的力學效應,其本質是光子攜帶動量與物質相互作用産生的壓力。在英文中稱為"radiation pressure",這一概念由詹姆斯·克拉克·麥克斯韋于1873年首次通過電磁學理論預測,後經阿瑟·康普頓實驗驗證。
從微觀角度解釋,單個光子的動量$p= frac{E}{c}$(E為光子能量,c為光速),當光束垂直入射到物體表面時,單位面積單位時間内的動量變化即構成輻射壓。對于完全吸收表面,輻射壓計算公式為: $$ P = frac{I}{c} $$ 其中I為輻射強度(單位:W/m²)。當表面為完全反射時,壓力值會加倍。
在應用領域,NASA的太陽帆技術利用這一原理,通過大面積反射膜捕獲太陽光子的動量實現航天器推進。天體物理學中,輻射壓是恒星形成過程中抵抗引力坍縮的關鍵平衡力,也是紅巨星大氣層剝離的主要機制。激光領域的高功率設備需特别考慮輻射壓對光學元件的機械損傷效應。
輻射壓(亦稱光壓)是電磁輻射對物體表面施加的壓力,其本質源于光子動量傳遞。以下從定義、原理、公式及應用等方面進行解釋:
輻射壓由麥克斯韋電磁理論預測,後經實驗證實。當光子撞擊物體表面時,其動量發生改變,根據動量守恒定律,物體受到壓力。光子動量公式為: $$ p = frac{h u}{c} $$ 其中 ( h ) 為普朗克常數,( u ) 為光頻率,( c ) 為光速。若物體吸收或反射光子,動量變化不同,導緻壓力差異。
輻射壓的表達式因物體表面性質而異:
地球表面接收的太陽輻射能流密度約為 ( 1370 , text{W/m} ),完全吸收時輻射壓為: $$ P = frac{1370}{3 times 10} approx 4.6 , mutext{Pa} $$
輻射壓是光子動量傳遞的宏觀表現,其計算需結合物體反射特性與輻射強度,在天文學和工程領域有重要應用。
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