Энергия электромагнитной волны.Вектор Умова-Пойнтинга. Эксперементальное исследование электроманитных волн. Шкала электромагнитных волн. Открытие радиосвязи А.С.Поповым

W - круговая (циклическая) частота волны;

Уравнения плоской монохроматической электромагнитной волны

Векторы напряженностей электрического и магнитного полей удовлетворяют волновому уравнению

, (2)

где - оператор Лапласа; v - фазовая скорость.

(3)

Здесь ε и μ – диэлектрическая и магнитная проницаемости вещества, ε₀ и μ₀ – электрическая и магнитная постоянные: ε₀ = 8,85419·10^–12 Ф/м, μ₀ = 1,25664·10^–6 Гн/м.

В вакууме (e = m = 1) электромагнитная волна распространяется со скоростью света с.

Решение уравнений(4)\

Е ₀, Н ₀ - амплитуды напряженностей электрического и магнитного полей;

- волновое число;

j - начальная фаза колебаний в точке z = 0.

Электромагнитные волны переносят энергию. Суммарная плотность энергии электрического и магнитного (электромагнитного) поля

, .

В электромагнитных волнах происходят взаимные превращения электрического и магнитного поля. Эти процессы идут одновременно, и электрическое и магнитное поля выступают как равноправные «партнеры». Поэтому объемные плотности электрической и магнитной энергии равны друг другу: w_э = w_м.

Отсюда следует, что в электромагнитной волне модули напряженности магнитного поля и напряженности электрического поля в каждой точке пространства связаны соотношением

.

При распространении волн возникает поток электромагнитной энергии. Если выделить площадку S (рис. 2), ориентированную перпендикулярно направлению распространения волны, то за малое время Δt через площадку протечет энергия W_эм,

Плотностью потока или интенсивностью I называют электромагнитную энергию, переносимую волной за единицу времени через поверхность единичной площади:

(10)

Умножив плотность энергии электромагнитного поля на скорость распространения волны в среде (3), получим вектор плотности потока электромагнитной энергии (вектор Умова-Пойнтинга) ,

Вт/м²

Электромагнитные волны оказывают давление. Давление электро­магнит­ного излучения объясняется тем, что под действием электрического поля волны в веществе возникают слабые токи, то есть упорядоченное движение заряженных частиц. На эти токи действует сила Ампера со стороны магнитного поля волны, направленная в толщу вещества. Эта сила и создает результирующее давление. (давление солнечного излучения ~5 мкПа). П.Н. Лебедев (1899 г.) доказал существование светового давления, что подтверждает теорию Максвелла.

Существование давления электромагнитных волн позволяет сделать вывод о том, что электромагнитному полю присущ механический импульс. Импульс электромагнитного поля

.

Дата добавления: 2015-04-24