2. Объемная плотность энергии электромагнитного поля. Перенос энергии электромагнитной волной. Вектор Умова - Пойтинга.

Объемная плотность энергии – это количество энергии, заключенное в единице объема. Объемная плотность энергии складывается из объемных плотностей энергии электрического и магнитного полей:

.

===.

Так как электромагнитное поле обладает энергией, электромагнитная волна переносит энергию. Перенос энергии характеризуется вектором Умова-Пойтинга, который равен количеству энергии, перенесенной волной за единицу времени через единичную площадку, расположенную перпендикулярно направлению распространения волны

.

Пусть - объемная плотность энергии. За времячерез площадкуперенесется энергия, заключенная в объеме

.

Тогда

- вектор плотности потока энергии, вектор Умова.

=,

,

==.

- вектор Пойтинга.

3. Шкала электромагнитных волн.

Все электромагнитные волны имеют одинаковую природу, но в зависимости от частоты

Рис.2.

их свойства разные. Имеет место диалектический закон перехода количества в качество. Максимум излучения Солнца приходится на видимый диапазон и все живое приспособилось к этому и создало светочувствительный орган – глаз. Атмосфера прозрачна для видимых волн и радиодиапазона. Для радиосвязи используются метровые волны, они огибают препятствия. Сантиметровые и миллиметровые волны используются для радиолокации, эти волны отражаются от препятствий.

4. Эффект Доплера для упругих и электромагнитных волн.

До сих пор мы рассматривали упругие и электромагнитные волны, распространяющиеся от неподвижного источника к неподвижному приемнику. В этом случае частота принимаемая приемником равна частоте, испускаемой источником.

Если они движутся относительно друг друга, то частота, улавливаемая приемником не равна частоте источника.

Эффектом Доплера называется изменение частоты колебаний, воспринимаемой приемником при движении источника и приемника друг относительно друга.

1). Источник и приемник покоятся относительно среды.

,

- скорость распространения волны.

,

.

2). Приемник приближается к источнику.

.

Скорость распространения волны относительно приемника станет равной , так какне меняется

^{= =} ,

То есть частота колебаний, воспринимаемых приемником в раз больше частоты колебаний источника.

3). Источник приближается к приемнику.

.

	Скорость распространения колебаний зависит от свойств среды. За время, равное периоду колебания источника, излученная им волна пройдет путь , источник за это время пройдет расстояние, длина волны в направлении движения источника сократится (рис.3)
Рис.3.

,

Частота увеличивается в раз.

4). Источник и приемник движутся относительно друг друга.

Используя результаты 2) и 3) получаем

- при сближении источника и приемника ( при их отрицательной относительной скорости) наблюдается фиолетовый сдвиг, сдвиг в область более коротких волн ().

При расхождении источника и приемника (при их положительной относительной скорости)

- наблюдается сдвиг в область более длинных волн () или красный сдвиг.

	Эффект Доплера нашел широкое применение в навигации. В радиолокации эффект Доплера используется для измерения скорости движения объектов, измерения путевой скорости . Для этого используется ДИСС – доплепровский измеритель скорости и угла сноса (рис.4.)
Рис. 4.

.

При излучении электромагнитных волн в определенном направлении (в точку А) с движущегося судна и приема отраженного от земной или иной неподвижной поверхности сигнала выделяется доплеровский сдвиг частоты

,

где =относительная скорость сближения судна с точкой А,- длина волны,- угол наклона луча. Поскольку как передатчик так и приемник перемещается относительно земли, то в выражении частоты Доплера для принятых сигналов появился коэффициент 2.

В радиолокации эффект Доплера используется для электромагнитных волн. Так как особой среды, служащей носителем электромагнитных волн не существует, то частота электромагнитных волн, воспринимаемая приемником (наблюдателем), определяется только относительной скоростью источника и приемника, . При малых скоростях<< с.

И поэтому

⁼ .