Экзамен / Ответы на вопросы / 35.Перенос энергии электромагнитными волнами. Понятия потока и интенсивности

Вопрос №35

Перенос энергии электромагнитными волнами. Понятия потока и интенсивности.

Количественной характеристикой переноса энергии в пространстве является поток энергии.

Поток энергии ЭМВ - это энергия электромагнитного излучения, которое проходит сквозь поверхность площадью S в единицу времени.

Поток энергии () равен отношению энергии (), переносимой волнами через некоторую поверхность S, ко времени, в течение которого эта энергия перенесена.

.

Единицей потока энергии является ватт (1 Дж/с=1 Вт).

Выделим объем среды, в которой распространяется волна, в виде прямоугольного параллелепипеда с площадью основания S. Ясно, что за единицу времени через основание S пройдет та энергия, которая заключена в объеме параллелепипеда V = Sv. Это и будет поток энергии волн. Соответственно:

, где - объемная плотность энергии, т.е. энергия, заключенная в единице объема пространства.

Поток энергии через единицу площади поверхности, ориентированной перпендикулярно направлению распространения волн, называют плотностью потока энергии (ППЭ) или интенсивностью:

или в векторной форме:

Единицей плотности потока энергии является ватт на кв. метр (Вт/м²).

Вектор I называют также вектором Умова.

Объемная плотность энергии ЭМП () складывается из объемных плотностей электрического(_эл) и магнитного полей(_м):

 = _эл + _м = ₀Е²/2 + ₀Н²/2.

Электрическая и магнитная составляющие ЭМП в диэлектрике энергетически равноправны, поэтому

₀Е²/2 = ₀Н²/2.

Тогда для объемной плотности энергии можно записать несколько выражений:

=₀Е² = ₀Н² =.

Подставив объемную плотность энергии в выражение для вектора Умова, получим:

I =^. 1/= EH или в векторной форме I = E x H

Применительно к ЭМВ вектор I называют вектором Умова-Пойнтинга. Так как Е и Н непрерывно колеблются по модулю, то вектор Умова-Пойнтинга П тоже колеблется в пределах от 0 до П_max.

Интенсивность I равна среднеквадратичному за период значению вектора Умова-Пойнтинга (I = E_max^.H_max/2).

Интенсивность - это важнейшая характеристика волны, определяющая её взаимодействие со средой и различными приборами.

Скажем, качество и даже сама возможность радиосвязи напрямую зависят от интенсивности, доходящей до радиоприёмника электромагнитной волны. С точки зрения врача интенсивность ЭМВ также крайне важна, поскольку и лечебные эффекты ЭМП, и вредное воздействие электромагнитного поля и других волн (например, ультразвука) на человека также определяются в первую очередь именно интенсивностью соответствующего излучения.

SAR (Specific Absorption Rates) – по уровню излучения (эмиссии) излучаемой энергии в ваттах на кг мозгового вещества (Вт/кг). Чем значение SAR меньше, тем безопаснее устройство.