7. Гамма випромінювання й космічні промені

а) Довжини хвиль менше за 10^-11 м.

б) Спосіб отримання. Джерелами є ядра хімічних елементів під час ядерних реакцій і елементарні частинки при їх взаємодіях, у природі найбільш потужними джерелами гамма випромінювання є зірки.

в) Спосіб поширення. Гамма випромінювання може вільно поширюватись у просторі. У нього яскраво проявляється корпускулярні властивості. Це випромінювання має велику проникаючу здатність і сильно іонізує речовину. Воно згубне для живих істот.

г) Використання. Використовують у медицині для опромінення ракових пухлин.

19.2 Перенесення енергії електромагнітними хвилями. Вектор Пойнтінга

Густина енергії електромагнітних хвиль w (ф.в.)

1. Густина енергії електромагнітних хвиль - це характеристика електромагнітних хвиль.

2. Визначення. Густина енергії електромагнітних хвиль – це фізична величина, яка дорівнює відношенню енергії електромагнітної хвилі до об’єму, у якому вона розглядається.

3. Це скалярна величина.

4.

Об’ємна густина енергії електромагнітної хвилі складається з об’ємних густин і електричного , і магнітних полів: , тому густину енергії електромагнітного випромінювання можна також обчислити за формулою , де ΔW – енергія, яка протікає через площу S за час Δt; ε - діелектрична проникність речовини; ε₀ – електрична стала; Е – напруженість електричного поля хвилі, μ₀ магнітна стала, μ – магнітна проникність речовини.

5. [w] = Дж/м³ . (Джоуль/кубічний метр)

Енергія електромагнітних хвиль

Поширення електромагнітних хвиль пов’язане з перенесенням енергій в полі, подібно до того, як поширення пружних хвиль у речовині пов’язане з перенесенням механічної енергії.

Об’ємна густина енергії електромагнітної хвилі складається з об’ємних густин і електричного, і магнітних полів:

З того, що , слідує, що

У випадку плоскої лінійно-поляризованої монохроматичної хвилі, що поширюється вздовж додатного напрямку осі ОX, напруженість поля .

Відповідно об’ємна густина енергії цієї хвилі . Значення w в кожній точці поля періодично змінюється з частотою ω в границях від 0 до Середнє значення w за період пропорційне квадрату амплітуди напруженості поля:

_.

Вектор Умова – Пойтинга

1. Вектор Умова - Пойнтінга – це вектор густини потоку енергії електромагнітного поля, який показує, куди і скільки енергії переносить електромагнітна хвиля (наприклад, світло, радіохвиля або хвилі в мікрохвилівці).

2. Визначення. Вектор Умова – Пойтинга чисельно дорівнює енергії, яку переносить хвиля за одиницю часу через одиницю площі поверхні, яка розміщена перпендикулярно до напрямку поширення хвилі:

3. Напрямок вектора Умова – Пойнтінга. Оскільки вектори і взаємно перпендикулярні й утворюють із напрямком поширення хвилі правогвинтову систему, то напрямок вектора збігається з напрямком переносу енергій, а модуль цього вектора дорівнює EH. Отже, вектор Умова – Пойтинга дорівнює:

4. модульне значення вектора Умова – Пойтинга .

[P] = Дж/с∙м² = Вт/м² (Ват/квадратний метр).

Інтенсивність випромінювання електромагнітних хвиль І (ф.в.)

1. Інтенсивність випромінювання електромагнітних хвиль - це енергетична характеристика електромагнітних хвиль.

2. Визначення. Інтенсивність випромінювання електромагнітних хвиль – чисельно дорівнює добутку середнього значення густини енергії електромагнітної хвилі на швидкість її поширення.

3. Інтенсивність випромінювання електромагнітних хвиль – це скалярна величина.

4. , де - середнє значення густини енергії за період електромагнітних хвиль, v – швидкість поширення електромагнітної хвилі.

Інтенсивність потоку випромінювання плоскої лінійно поляризованої монохроматичної біжучої хвилі прямо пропорційна до квадрата амплітуди E₀ коливань вектора поля хвилі:

.

5. [I] = Дж/с∙м² = Вт/м² (Ват/квадратний метр).

Зв'язок вектора Пойтінга з інтенсивністю випромінювання

Інтенсивність випромінювання І дорівнює модулю середнього значення вектора Умова – Пойтинга за проміжок часу, який дорівнює періоду Т повного коливання:

.

*Потік Ф електромагнітної енергії через деяку поверхню S можна знайти за допомогою інтегрування: .

Запитання до лекції №19

1. Як пояснює теорія Максвелла утворення електромагнітної хвилі?

2. Як визначити напрямок вектора швидкості електромагнітної хвилі, якщо в певний момент часу відомі напрямки Е та В?

3. Якими формулами теорія Максвелла визначає швидкість розповсюдження електромагнітної хвилі в речовині, а також в вакуумі?

4. Дайте визначення модуля вектора Пойтінга.

5. Як визначити потік енергії, що переносить електромагнітна хвиля через деяку поверхню ?

Лекція 20. Фотометрія