Т. Энергия волны

Энергия электромагнитной волны. Плотность потока излучения (поверхностная)

Как отмечалось в 15.2, механические упругие волны переносят механическую энергию, электромагнитные волны тоже переносят энергию, но энергию электромагнитную. Энергия переносится в направлении распространения волны, т.е. в направлении вектора \(~\vec v.\)

Энергия электромагнитного поля численно равна сумме энергий его электрической и магнитной составляющих:

\(~W_{EM} = W_E + W_M;\) \(~W_{EM} = \frac {\varepsilon \varepsilon_0 E^2}{2}V + \frac {B^2}{2 \mu \mu_0}V.\)

В теории Максвелла доказано, что средние значения электрической и магнитной составляющих энергии электромагнитного поля равны между собой:

\(~\mathcal h W_E \mathcal i = \mathcal h W_M \mathcal i.\)

Следовательно, энергия электромагнитной волны равна

\(~W_{EM} = 2 \mathcal h W_E \mathcal i = 2 \mathcal h W_M \mathcal i.\) Поэтому \(~W_{EM} = \varepsilon \varepsilon_0 E^2 V = \frac {B^2}{\mu \mu_0}V.\)

Объемная плотность энергии электромагнитной волны соответственно равна

\(~w_{EM} = \frac {W_EM}{V}; w_{EM} = \varepsilon \varepsilon_0 E^2 = \frac {B^2}{\mu \mu_0}.\)

Энергия электромагнитной волны в любой области пространства изменяется периодически с течением времени (см. выше).

Интенсивность электромагнитного излучения (поверхностная плотность W потока излучения) \(~I = \frac {W_{EM}}{S \Delta t}.\) Так как \(~W_{EM} = w_{EM} V,\) а \(~V = Sv \Delta t,\) то \(~I = W_{EM} v.\)

Литература

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 437.