Щільність потоку електромагнітного випромінювання

Як ми вже знаємо, хвиля характеризується перенесенням енергії. Отже, електромагнітні хвилі теж несуть з собою енергію. Розглянемо деяку поверхню площею S. Покладемо, що через неї електромагнітні хвилі переносять енергію.

Щільність потоку електромагнітного випромінювання
Лініями позначені напрями поширення електромагнітних хвиль. Лінії, перпендикулярні поверхні, у всіх точках яких коливання відбуваються в однакових фазах, називаються променями. А ці поверхні називаються хвильовими поверхнями.

Щільність потоку електромагнітного випромінювання – це відношення електромагнітної енергії? W, що проходить через перпендикулярну променям поверхню площею S, за час? t, до твору S на? t.

I = ?W/(S*?t)

Одиницею виміру щільності магнітного потоку в систему СІ є ват на квадратний метр (Вт/м ^ 2). Висловимо щільність потоку через швидкість його поширення і щільність електромагнітної енергії.

Візьмемо поверхню S, перпендикулярну променям. Побудуємо на ній циліндр з основою c*?t.

Тут c – швидкість поширення електромагнітної хвилі. Об’єм циліндра обчислюється за формулою:

?V = S*c*?t.

Енергія електромагнітного поля зосередженого всередині циліндра буде обчислюватися за такою формулою:

?W = ?V*?.

Тут? – щільність електромагнітної енергії. Ця енергія за час? t пройде через праве основу циліндра. Отримуємо таку формулу:

I = (?*c*S*?t)/(S*?t) = ?*c.

Енергія в міру віддалення від джерела буде зменшуватися. Буде вірна наступна закономірність, залежності щільності струму від відстані до джерела. Щільність потоку випромінювання спрямованого від точкового джерела буде спадати обернено пропорційно квадрату відстані до джерела.

I = ?W/(S*?t) = (?W/(4*pi? t))*(1/R ^ 2).

Електромагнітні хвилі випромінюються при прискореному русі заряджених частинок. При цьому напруженість електричного поля і вектор магнітної індукції електромагнітної хвилі будуть прямо пропорційні прискоренню часток.

Якщо розглядати гармонійні коливання, то прискорення буде прямо пропорційно квадрату циклічної частоти. Повна густина енергії електромагнітного поля буде дорівнювати сумі щільності енергії електричного поля і енергії магнітного поля.

Відповідно до формули I = ?*c, щільність потоку пропорційна повної щільності енергії електромагнітного поля.

Враховуючи все вищесказане, маємо:

I ~ ? ~ (E ^ 2 + B ^ 2) ~ ? ^ 4.

Отже, щільність потоку випромінювання буде прямо пропорційна четвертого ступеня циклічної частоти.


1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (2 votes, average: 3.50 out of 5)

Щільність потоку електромагнітного випромінювання