Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Тема № 18 (2).docx
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.07.2025
Размер:
341.94 Кб
Скачать

1.3. Энергия электромагнитных волн

Электромагнитные волны переносят энергию. Плотность потока энергии можно получить, умножив плотность энергии на скорость волны. Плотность потока энергии имеет размерность мощности, деленной на площадь. Соответственно ее выражают в единицах, называемых ватт на квадратный метр [Вт/м2]. В свою очередь плотность энергии носит название джоуль на кубический метр [Дж/м3].

Рассмотрим случай, когда электромагнитная волна распространяется в вакууме. В этом случае скорость волны равна С. Плотность энергии электромагнитного поля слагается из плотности энергии электрического поля и плотности энергии магнитного поля:

. (1.13)

Положив в (1.10) для вакуума , придем к соотношению

. (1.14)

Отсюда следует, что плотности энергии электрического и магнитного полей волны в каждый момент времени одинаковы: .

С учетом (1.14) выражению (1.13 можно придать вид

. (1.15)

Умножив найденное выражение для на скорость волны , получим модуль плотности потока энергии:

. (1.16)

Векторы и взаимно перпендикулярны и образуют с направлением распространения волны правовинтовую систему. Поэтому направление вектора совпадает с направлением переноса энергии, а модуль этого вектора равен . Следовательно, вектор плотности потока электромагнитной энергии можно представить как векторное произведение и :

. (1.17)

Вектор называется вектором Пойнтинга.

Формула (1.17) оказывается справедливой и в случае, когда электромагнитная волна распространяется в диэлектрической или проводящей среде.

1.4. Шкала электромагнитных волн

Материя непрерывно испускает и поглощает электромагнитное излучение. В зависимости от длины волны в вакууме (или частоты ), а также способа генерации или регистрации излучения различают несколько видов электромагнитных волн: космическое излучение, гамма-излучение, рентгеновское излучение, оптическое излучение и радиоволны. В табл. 1.1 представлен спектр электромагнитных излучений. Необходимо отметить, что электромагнитные волны, соответствующие различным участкам спектра, имеют одинаковую физическую природу, поэтому между ними нет резких переходов, сами участки перекрываются и границы между ними условны.

Космические лучи разделяются на первичные и вторичные. Первичные космические лучи падают на Землю из космоса. Они состоят из заряженных частиц: протонов, альфа-частиц и др. Проходя через толстый слой земной атмосферы, они претерпевают сложную цепь превращений, в результате чего возникает новое излучение, которое и называется вторичными космическими лучами. Частицы космических лучей обладают громадными кинетическими энергиями по сравнению с частицами обычного вещества, даже нагретого до миллиардов кельвинов.

Таблица 1.1. Спектр электромагнитных излучений

Оптический диапазон

Вид

излуче-ния

Косми-

ческое

Гамма

излуче-ние

Рент-гено-вское

УФ

Види-мое

ИК

Микро-волно-вое

Радио-

волны

Длинно-

волновые

электри-

ческие

колебания

Длина волны

0,001 Å 1 Å 10 нм 0,4 мкм 0,8 мкм 1 мм 10 см 10 км

Частота,

Гц

1021 1018 1016 1015 1014 1012 109 104

Энергия,

эВ

108 104 102 101 100 10-3 10-5 10-10

Гамма-излучением, или гамма-лучами, называется электромагнитное излучение с длинами волн в вакууме менее 0,1 нм, которое испускается атомными ядрами при радиоактивных превращениях и ядерных реакциях, а также возникает при распаде частиц, аннигиляции пар «частица ― античастица» и других процессах.

Рентгеновским излучением, или рентгеновскими лучами, называется электромагнитное излучение, которое возникает при взаимодействии заряженных частиц и фотонов с атомами вещества и характеризуется длинами волн в вакууме, лежащими в широком диапазоне с условными границами от 10 – 100 нм до 0,001 – 1 пм.

Оптическим излучением или светом называются электромагнитные волны (электромагнитное излучение), длины которых в вакууме лежат в диапазоне от 10 нм до 1 мм. К оптическому излучению относят: ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение. Следовательно, под светом понимают не только видимый свет, но и примыкающие к нему широкие участки электромагнитного излучения – инфракрасный и ультрафиолетовый. Выделение оптической области обусловлено не только близостью соответствующих участков спектра, но и сходством методов и приборов, применяющихся для их исследования и разработанных исторически главным образом при изучении видимого света (линзы и зеркала для фокусировки излучения, призмы, дифракционные решетки, дифракционные приборы для исследования спектрального состава излучения и пр.).

Ультрафиолетовым излучением (УФ) называется электромагнитное излучение с длинами волн в вакууме от 10 нм до 380 нм.

Видимым излучением, или видимым светом, называется электромагнитное излучение с длинами волн в вакууме от 380 до 770 нм, которое способно непосредственно вызывать зрительное ощущение в человеческом глазе.

Инфракрасным излучением (ИК) называется электромагнитное излучение, испускаемое нагретыми телами, длины волн которого лежат в пределах от 770 нм до 1 мм.

Радиоволнами называются электромагнитные волны, длина которых в вакууме больше 1 мм.

Оптикой, точнее – физической оптикой, называется раздел физики, занимающийся изучением природы света, закономерностей его испускания, распространения и взаимодействия с веществом.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]