Strahlungsdruck

Der Strahlungsdruck ${\displaystyle p_{\mathrm {St} }}$ oder Lichtdruck ist der Druck, der durch absorbierte, emittierte oder reflektierte elektromagnetische Strahlung auf eine Fläche wirkt.

Bei Absorption und Emission ist der Strahlungsdruck gleich der Intensität ${\displaystyle I}$ der Welle, auch Bestrahlungsstärke ${\displaystyle E_{\mathrm {e} }}$ genannt, dividiert durch die Lichtgeschwindigkeit ${\displaystyle c}$:^[1]

${\displaystyle p_{\mathrm {St} }={\frac {I}{c}}={\frac {E_{\mathrm {e} }}{c}}}$

mit den Einheiten

${\displaystyle \left[p_{\mathrm {St} }\right]={\frac {\mathrm {N} }{\mathrm {m} ^{2}}}={\frac {\mathrm {J} }{\mathrm {m} ^{3}}}=\mathrm {Pa} }$ (Pascal);

bei vollständiger Reflexion ist der Strahlungsdruck doppelt so groß wie bei vollständiger Absorption:

${\displaystyle p_{\mathrm {St} }=2\cdot {\frac {I}{c}}=2\cdot {\frac {E_{\mathrm {e} }}{c}}}$

Bei Reflexion an einer Oberfläche mit Reflexionsgrad ${\displaystyle \varrho }$ gilt für den Strahlungsdruck^[2]:

${\displaystyle p_{\mathrm {St} }={\frac {I}{c}}\cdot (1+\varrho )={\frac {E_{\mathrm {e} }}{c}}\cdot (1+\varrho )}$

Die Bestrahlungsstärke der Sonne auf eine Fläche in der Erdumlaufbahn außerhalb der Erdatmosphäre, oder Solarkonstante^[3] beträgt ${\displaystyle E_{\mathrm {e} }={\text{1,367 kW/m}}^{2}}$. Beim Durchgang durch die Atmosphäre nimmt die direkte Strahlung ab und die diffuse Strahlung zu. An einem schönen, klaren Sommertag können Globalstrahlungswerte^[4] von ${\displaystyle E_{\mathrm {G} }={\text{1 kW/m}}^{2}}$ erreicht werden. Der resultierende Lichtdruck bei perfekter Reflexion beträgt dann

${\displaystyle p_{\text{St}}=2\cdot {\frac {E_{\mathrm {G} }}{c}}={\frac {{\text{2 kW/m}}^{2}}{3\cdot 10^{8}{\text{ m/s}}}}={\text{6,6}}\cdot 10^{-6}{\text{ N/m}}^{2}}$

Dies entspricht einer Kraft von ${\displaystyle F=p_{\text{St}}\cdot A={\text{1,3}}\cdot 10^{-9}{\text{ N}}}$ auf eine Fläche von A = 2 cm² eines Lichtmühlenflügels.

1. ↑ Eugene Hecht: Optik. Oldenbourg Wissenschaftsverlag, 2005, S. 100
2. ↑ Pjotr Nikolajewitsch Lebedew: Untersuchungen über die Druckkräfte des Lichtes. In: Annalen der Physik. Band 6, 1901, S. 433–458 (bnf.fr). 
3. ↑ Mertens, Konrad: Photovoltaik - Lehrbuch zu Grundlagen, Technologien und Praxis. 6. Auflage. Carl-Hanser-Verlag, München; Wien 2022, ISBN 978-3-446-47194-8, S. 42. 
4. ↑ Mertens, Konrad: Photovoltaik - Lehrbuch zu Grundlagen, Technologien und Praxis. 6. Auflage. Carl-Hanser-Verlag, München; Wien 2022, ISBN 978-3-446-47194-8, S. 44.