Pressione di radiazione

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La pressione di radiazione è la pressione esercitata su una qualunque superficie esposta a radiazione elettromagnetica. Se questa viene assorbita, la pressione risultante è la densità del flusso elettromagnetico diviso per la velocità della luce. Se la radiazione viene totalmente riflessa, la pressione di radiazione viene raddoppiata. Ad esempio la radiazione elettromagnetica del Sole ha una densità di flusso di 1370 W/m² (la cosiddetta costante solare), quindi la pressione di radiazione (assorbita) è di 4,6 μPa.

La pressione di radiazione di una stella è determinata dal surriscaldamento della materia stellare da parte dell'energia, prodotta durante le reazioni termonucleari all'interno del nòcciolo, che non viene dispersa all'esterno sotto forma di radiazioni elettromagnetiche (luce) e calore. Tale pressione si oppone alla forza di attrazione gravitazionale che tende invece a farla collassare.

Scoperta[modifica | modifica wikitesto]

Il fatto che la radiazione elettromagnetica eserciti una pressione su ogni superficie esposta ad essa fu dedotto per via teorica da James Clerk Maxwell nel 1871 e verificato sperimentalmente da Lebedev nel 1900 e da Nichols and Hull nel 1901. La pressione è molto debole, ma può essere rivelata mediante un radiometro di Nichols.

Teoria[modifica | modifica wikitesto]

In generale un'onda elettromagnetica trasporta una quantità di moto pari a:

\emph p=\frac{U}{c}

dove U è l'intensità energetica trasportata da un'onda, mentre c è la velocità della luce nel vuoto e p la quantità di moto. Il rapporto fornisce dimensionalmente una pressione, ossia una forza riferita all'unità di area di superficie. Questa è detta pressione di radiazione:

\emph P=\frac{I}{c}

Si può successivamente mettere in relazione con il campo elettrico o magnetico, ricordando che I è l'intensità media dell'onda esprimibile come il valor medio assoluto del vettore di Poynting:

\emph P=\frac{I}{c}=\frac{E_0B_0}{2\mu_0c}=\frac{\varepsilon_0 E_0^2}{2}=\frac{B_0^2}{2\mu_0}

Se consideriamo un'onda elettromagnetica che incida normalmente su di una certa superficie, se questa assorbe l'energia U trasportata dall'onda essa assorbe anche una quantità di moto p. Se l'onda viene riflessa, la quantità di moto trasmessa sarà doppia, poiché l'onda viaggia ora nella direzione opposta.

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