Энергия электромагнитной волны

Объемная плотность энергии электромагнитной волны

где - объемная плотность энергии электрического поля, - объемная плотность энергии магнитного поля.

Учитывая, что , получим

Умножив плотность энергии на скорость распространения электромагнитной волны в среде, получим модуль плотности потока энергии, переносимый за единицу времени:

Величина называется вектором Умова-Пойнтинга - основная характеристика электромагнитных волн.

Вектор S направлен в сторону распространения электромагнитной волны, а его модуль равен энергии, переносимой электромагнитной волной за единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную направлению распространению волны.

Скалярная величина I, равная модулю среднего значения вектора Умова-Пойнтинга называется интенсивностью волны .

Интенсивность волны численно равна энергии, переносимой волной за единицу времени сквозь единицу площади поверхности, нормальной к направлению распространению волны. Интенсивность бегущей волны пропорциональна квадрату ее амплитуды.

 

Шкала электромагнитных волн

В волновой оптике рассматриваются оптические явления, в которых проявляется волновая природа света (например, явления интерференции, дифракции, поляризации и дисперсии света). Так как свет представляет собой электромагнитные волны, то в основе волновой оптики лежат уравнения Максвелла и вытекающие из них соотношения для электромагнитных волн.

В зависимости от частоты (или длины волны), а также способа излучения и регистрации различают несколько видов электромагнитных волн: радиоволны, оптическое излучение, рентгеновское излучение и гамма - излучение.

Электромагнитные волны с длиной больше 5·10^{-5 м называются радиоволнами. Радиоволны излучают антенны радио- ителепередатчиков, радиолокаторов.}

Излучения в диапазоне длин волн примерно от 1 мм до 8·10⁷ м называют инфракрасным излучением. Любые тела при нагревании вследствие тепловогодвижения заряженных частиц внутри них испускают электромагнитноеизлучение. При температурах, близких к абсолютномунулю, это излучение лежит в области радиоволн. При температурах от -10 К и до -3000 К основная часть электромагнитного излучения лежит в области инфракрасного излучения. Инфракрасное излучение органы чувств человека воспринимают как тепло, идущее от горячих предметов. Инфракрасное излучение применяется в технике для прогревания и сушки материалов и изделий.

При температурах выше -3000 К и до -10000 К излучение нагретых тел происходит в основном в области видимого излучения. Это температуры поверхностей Солнца и звезд. Видимый свет обладает длинами волн от 8·10^-7 до 4·10^{-7 м.}

При более высоких температурах вещества максимум излучения приходится на ультрафиолетовое излучение. Ультрафиолетовым излучением называются электромагнитные волны от 4 10^-7 до 1·10^{-7 м. Ультрафиолетовое излучение обладает} большой биологической активностью. В частности, под действием ультрафиолетового излучения погибают болезнетворные бактерии и вирусы. Это его свойство используется в медицине, во многих технологических процессах для стерилизации инструментов, материалов, лекарств и продуктов.

Электромагнитные излучения, возникающие при торможении быстрых электронов в веществе, называют рентгеновским излучением или рентгеновскими лучами. Рентгеновские лучи обладают длинами волн от 10 -8 до 10-14 м.

Электромагнитное излучение с длиной волны менее 10-10 м, испускаемое атомными ядрами при радиоактивных превращениях, ядерных реакциях, а также при распаде частиц, называют гамма-излучением. Области длин волн от 10-10 до 10-14 м рентгеновского излучения и гамма-излучения перекрываются. Эти два излучения в этой области отличаются только происхождением. Рентгеновские и гамма-лучи обладают большой проникающей способностью при прохождении через вещество. Это их свойство широко используется в медицине для диагностики различных заболеваний внутренних органов человека.

 

 

 

Часть 5. Оптика.