Плотность потока электромагнитного поля

Основные понятия

Св-во: перенос энергии без переноса вещества.

 

Виды волн: 1) эл.магн., упругие, поверхностные и т.д.

 

2) Сферические и плоские волны (по виду волновой поверхности).

 

На больших расстояниях от источника участок сферической поверхности можно рассматривать как плоскость.

 

3) Продольные и поперечные волны.

 

Рис.1. Продольная волна.

 

Рис.2. Продольная (вверху) и поперечная (внизу) волны.

 

Характеристики волны:

 

- частота колебаний,

 

- период колебаний, ,

 

- циклическая (круговая) частота колебаний.

 

 

 

- длина волны (расстояние, которое проходит волна

за один период колебаний).

 

.

 

, или .

 

- скорость волны.

 

и зависят от свойств среды, в которой

распространяется волна.

При переходе волны из одной среды в другую и меняются, а частота остается неизменной.

 

 

 

Уравнение плоской бегущей волны

 

- уравнение колебаний точки , расположенной в начале координат.

 

 

Колебания точки запаздывают на время от колебаний точки :

 

 

 

Уравнение колебаний точки , отстоящей на расстоянии от источника колебаний,

 

 

.

 

 

.

 

.

 

- волновое число.

 

 

- уравнение плоской бегущей волны.

 

- смещение из положения равновесия точки среды, находящейся на расстоянии от источника колебаний, в момент времени .

 

- начальная фаза,

- фаза волны.

 

 

 

 

 

 

Уравнение сферической волны:

 

,

- расстояние от источника колебаний до точки наблюдения,

- амплитуда сферической волны, уменьшается при увеличении ,

- начальная амплитуда.

 

 

Звуковые волны.

Звук – волны в упругих средах, возникающие вследствие механических деформаций, с частотой

 

16 Гц < < 20 кГц.

 

< 16 Гц – инфразвук,

> 20 кГц – ультразвук.

 

В твердых телах - продольные и поперечные звуковые волны, в жидкостях и газах – только продольные.

 

 

Скорость звука зависит от свойств среды: природы, плотности, температуры, влажности,

 

Интенсивность звука.

 

-

 

- энергия волны, заключенная в объеме пространства,

 

- масса выделенного объема,

- круговая частота колебаний,

- амплитуда волны.

 

= ,

 

- плотность среды,

- площадь поверхности, через которую переносится энергия за время ,

- скорость волны.

 

.

Интенсивность звука - энергия, которая переносится через единичную поверхность за единицу времени,

 

= .

 

Слышимость звука зависит

от его интенсивности и частоты .

 

Минимальная интенсивность звука на пороге слышимости Вт/м².

 

 

 

 

Электромагнитные волны

 

Уравнения плоской гармонической электромагнитной волны, распространяющейся в направлении ,

 

, (1)

 

, (2)

 

и - напряженность электрического и магнитного полей

в момент времени в точке с координатой ,

 

и - амплитуды напряженностей.

 

 

Показать х, у, z

 

 

Св-ва:

 

1) Поперечность

2) Синфазность колебаний и .

3) , и образуют правую тройку векторов.

 

 

 

4) Скорость эл/м волны в вакууме (скорость света в вакууме) 3∙10⁸ м/с.

 

При переходе из одной среды в другую также остается постоянной частота колебаний поля, но изменяется скорость и длина волны .

 

,

, - электрическая и магнитная постоянные,

, - диэлектрическая и магнитная проницаемость среды.

,

 

5) Объемная плотность энергии эл/м волны.

=

, - объемная плотность электрического и магнитного полей. Сл-но,

.

 

 

Плотность потока электромагнитного поля

Плотность потока энергии - энергия, переносимая через единицу площади за единицу времени,

 

 

.

 

 

.

 

 

7) Шкала электромагнитных волн

Эл/м волны: радиоволны,

инфракрасное (ИК) излучение,

видимый свет,

ультрафиолетовое (УФ) излучение,

рентгеновское излучение,

- излучение.

 

 

 

Радиоволны создаются электрическими колебательными контурами.

УФ, ИК, видимое и рентгеновское излучение испускают атомы и молекулы.

- излучение испускают ядра атомов.

 

 

ОПТИКА

1) Свет – эл/м волны с частотой 4∙10¹⁴ Гц < < 8∙10¹⁴ Гц.

 

В вакууме (и в воздухе):

 

0,4 ∙10^-6 м (фиолетовый цвет) < < 0,8 ∙10^-6 м (красный цвет).

 

 

 

-

ур-е световой волны.

 

Напряженность эл поля в оптике называют световым вектором.

 

Волна, излученная атомом или молекулой, в ряде явлений ведет себя как частица (фотон).

Фотон – частица эл/м поля с энергией , - постоянная Планка.

 

2) Монохроматический - свет определенной частоты (определенного цвета).

 

К О Ж З Г С Ф

 

 

3) Показатель преломления вещества,

,

- скорость света в вакууме, - скорость света в веществе (в среде).

 

Воздух ≈ 1, вода = 1,33, стекло = 1,5 - 1,7.

 

- длина волны в вакууме, - длина волны в среде.

 

, ,

 

.

 

4) Интенсивность света - среднее значение от плотности потока энергии,

 

= = ,

 

.

 

 

зависит от амплитуды напряженности эл поля и электрических свойств среды.

 

 

= Вт/м².

 

Восприятие света глазом зависит от , и от частоты .

 

Наиболее глаз чувствителен к излучению с длиной волны

= 0.55 мкм (желто-зеленый цвет). В вечернем свете максимум чувствительности смещается в синюю область спектра.

 

5) При отражении волны от более плотной среды, отраженная волна идет в противофазе с падающей («потеря полуволны»).

При отражении от менее плотной среды сдвиг фаз между отраженной и падающей волной отсутствует.

 

 

 

6)

 

Закон отражения света: .

Закон преломления света: .

 

 

и - показатели преломления 1-ой и 2-ой среды,

- угол падения,

- угол отражения,

- угол преломления.

 

7) Оптическая длина пути ,

 

,

 

- расстояние, пройденное волной в какой-либо среде (геометрический путь),

- показатель преломления среды.

 

- путь, пройденный волной в вакууме.

Оптическая длина пути численно равна расстоянию, которое волна прошла бы за это же время не в данной среде, а в вакууме.