Как найти плотность потока электромагнитного излучения - Исправление недочетов и поиск решений вместе с Examum.ru

Вспомним, что волна — это колебания, распространяющиеся в пространстве. Механическая волна представляет собой колебания, распространяющиеся в вещественной среде. Тогда электромагнитная волна — это электромагнитные колебания, которые распространяются в электромагнитном поле.

Как появляются и распространяются электромагнитные волны

Представьте себе неподвижный точечный заряд. Пусть его окружают еще много таких зарядов. Тогда он будет действовать на них с некоторой кулоновской силой (и они на него). А теперь представьте, что заряд сместился. Это приведет к изменению расстояния по отношению к другим зарядам, а, следовательно, и к изменению сил, действующих на них. В результате они тоже сместятся, но с некоторым запаздыванием. При этом начнут смещаться и другие заряды, которые взаимодействовали с ними. Так распространяется электромагнитные взаимодействия.

Теперь представьте, что заряд не просто сместился, а он начал быстро колебаться вдоль одной прямой. Тогда по характеру движения он будет напоминать шарик, подвешенный к пружине. Разница будет только в том, что колебания заряженных частиц происходят с очень высокой частотой.

Вокруг колеблющегося заряда начнет периодически изменяться электрическое поле. Очевидно, что период изменений этого поля, будет равен периоду колебаний заряда. Периодически меняющееся электрическое поле будет порождать периодически меняющееся магнитное поле. Это магнитное поле, в свою очередь, будет создавать переменное электрическое поле, но уже на большем расстояние от заряда, и т.д. В результате появления взаимно порождаемых полей в пространстве, окружающем заряд, возникает система взаимно перпендикулярных, периодически меняющихся электрических и магнитных полей. Так образуется электромагнитная волна, которая распространяется от колеблющегося заряда во все стороны.

Электромагнитная волна не похожа на те возмущения вещественной среды, которые вызывают механические волны. Посмотрите на рисунок. На нем изображены векторы напряженности →E и магнитной индукции →B в различных точках пространства, лежащих на оси Oz, в фиксированный момент времени. Никаких гребней и впадин среды при этом не появляется.

В каждой точке пространства электрические и магнитные пол меняются во времени периодически. Чем дальше расположена точка от заряда, тем позднее ее достигнут колебания полей. Следовательно, на разных расстояниях от заряда колебания происходят с различными фазами. Колебания векторов →E и →B в любой точке совпадают по фазе.

Определение

Длина электромагнитной волны — расстояние между двумя ближайшими точками, в которых колебания происходят в одинаковых фазах.

Длина электромагнитной волны обозначается как λ. Единица измерения — м (метр).

Обратите внимание на рисунок выше. Векторы магнитной индукции и напряженности поля, являющиеся периодически изменяющимися величинами, в любой момент времени перпендикулярны направлению распространения волны. Следовательно, электромагнитная волна — поперечная волна.

Условия возникновения электромагнитных волн

Электромагнитные волны излучаются только колеблющимися заряженными частицами. При этом важно, чтобы скорость их движения постоянно менялась, т.е. чтобы они двигались с ускорением.

Наличие ускорения — главное условие возникновения электромагнитных волн.

Электромагнитное поле может излучаться не только колеблющимся зарядом, но и заряженной частицей, перемещающейся с постоянно меняющейся скоростью. Интенсивность электромагнитного излучения тем больше, чем больше ускорение, с которым движется заряд.

Представим заряд, движущийся с постоянной скоростью. Тогда создаваемые им электрическое и магнитное поля будут сопровождать его как шлейф. Только при ускорении заряда поля «отрываются» от частицы и начинают самостоятельное существование в форме электромагнитных волн.

Это интересно!

Впервые существование электромагнитных волн предположил Максвелл, который посчитал, что они должны распространяться со скоростью света. Но экспериментально они были обнаружены лишь спустя 10 лет после смерти ученого. Их открыл Герц. Он же подтвердил, что скорость распространения электромагнитных волн равна скорости света: c = 300 000 км/с.

Плотность потока электромагнитного излучения

Излученные электромагнитные волны несут с собой энергию. Рассмотрим поверхность площадью S, через которую электромагнитные волны переносят энергию.

На рисунке выше прямые линии указывают направления распространения электромагнитных волн. Это лучи — линии, перпендикулярные поверхностям, во всех точках которых колебания происходят в одинаковых фазах. Такие поверхности называются волновыми поверхностями.

Определение

Плотность потока электромагнитного излучения, или интенсивность волны — отношение электромагнитной энергии ΔW, проходящей за время Δt через перпендикулярную лучам поверхность площадью S, к произведению площади S на время Δt.

Плотность потока электромагнитного излучения обозначается как I. Единица измерения — Вт/м² (ватт на квадратный метр). Поэтому плотность потока электромагнитного излучения фактически представляет собой мощность электромагнитного излучения, проходящего через единицу площади поверхности.

Численно плотность потока электромагнитного излучения определяется формулой:

I=ΔWSΔt

Выразим I через плотность электромагнитной энергии и скорость ее распространения с. Выберем поверхность площадью S, перпендикулярную лучам, и построим на ней как на основании цилиндр с образующей cΔt (см. рисунок ниже).

Объем цилиндра: ΔV = ScΔt. Энергия электромагнитного поля внутри цилиндра равна произведению плотности энергии на объем: ΔW = wcΔtS. Вся эта энергия за время Δt пройдет через правое основание цилиндра. Поэтому получаем:

I=wcΔtSSΔt=wc

Следовательно, плотность потока электромагнитного излучения равна произведению плотности электромагнитной энергии на скорость ее распространения.

Определение

Плотность электромагнитной энергии — энергия электромагнитного излучения в единице объема. Обозначается как w. Единица измерения — Дж/м³.

Пример №1. Плотность потока излучения равна 6 мВт/м². Найти плотность энергии электромагнитной волны.

I=wc

Отсюда:

w=Ic=6·10−33·108=2·10−11 (Джм3)

Точечный источник излучения

Источники излучения электромагнитных волн могут быть весьма разнообразными. Простейшим является точечный источник.

Точечный источник — источник излучения, размеры которого много меньше расстояния, на котором оценивается его действие.

Предполагается, что точечный источник посылает электромагнитные волны по всем направлениям с одинаковой интенсивностью. В действительности таких источников не существует. Но за такие источники излучения можно принять звезды, так как расстояние между ними существенно больше размеров самих звезд.

Энергия, которую переносят электромагнитные волны, с течением времени распределяется по все большей и большей поверхности. Поэтому энергия, передаваемая через поверхность единичной площадки за единицу времени, т. е. плотность потока излучения, уменьшается по мере удаления от источника.

Поместим точечный источник в центр сферы радиусом R. Площадь поверхности сферы S = 4πR². Если считать, что источник по всем направлениям за время Δt излучает суммарную энергию ΔW, получим:

I=ΔWSΔt=ΔW4πΔt·1R2

Плотность потока излучения от точечного источника убывает обратно пропорционально квадрату расстояния до источника.

Пример №2. Плотность потока электромагнитного излучения на расстоянии 5 метров от точечного источника составляет 20 мВт/м². Найти плотность потока электромагнитного излучения на расстоянии 10 метров от этого источника.

Расстояние по условию задачи увеличилось вдвое. Так как плотность потока излучения от точечного источника убывает обратно пропорционально квадрату расстояния до источника, при увеличении расстояния вдвое интенсивность излучения уменьшится в 4 раза. То есть, она станет равной 5 мВт/м².

Зависимость плотности потока излучения от частоты

Напряженность электрического поля и магнитная индукция электромагнитной волны пропорциональны ускорению заряда. Ускорение при гармонических колебаниях пропорционально квадрату частоты. Поэтому напряженность электрического поля и магнитная индукция также пропорциональны квадрату частоты:

E~a~ω2, B~a~ω2

Плотность энергии электрического поля пропорциональна квадрату напряженности поля. Энергия магнитного поля, как это можно показать, пропорциональна квадрату магнитной индукции. Полная плотность энергии электромагнитного поля равна сумме плотностей энергий электрического и магнитного полей. Поэтому плотность потока излучения I пропорциональна:

I~w
~(E2+B2)

Вспомним, что:

E~ω2, B~ω2

Тогда:

I~ω4

Плотность потока излучения пропорциональна четвертой степени частоты. Так, при увеличении частоты колебаний зарядов в 2 раза энергия, излучаемая ими, возрастает в 16 раз. При увеличении частоты в 3 раза, энергия излучения увеличивается в 81 раз, и т.д.

Пример №3. Частота электромагнитной волны уменьшилась в 4 раза. Найти, во сколько раз изменилась плотность потока излучения.

Так как плотность потока излучения пропорциональна четвертой степени частоты, мы можем найти плотность потока излучения путем извлечения корня из числа 4 дважды:

4√4=√√4=√2≈1,4

Плотность потока излучения уменьшилась в 1,4 раза.

Свойства электромагнитных волн

Современные радиотехнические устройства позволяют провести очень наглядные опыты по наблюдению свойств электромагнитных волн. При этом лучше всего пользоваться волнами сантиметрового диапазона. Эти волны излучаются специальным генератором сверхвысокой частоты (СВЧ). Электрические колебания генератора модулируют звуковой частотой. Принятый сигнал после детектирования подается на громкоговоритель.

Свойство 1 — Поглощение электромагнитных волн
	Если расположить рупоры друг против друга и добиться хорошей слышимости звука в громкоговорители, а затем поместить между ними диэлектрик, звук будет менее громким.
Свойство 2 — Отражение электромагнитных волн
	Если диэлектрик заменить металлической пластиной, то звук перестанет быть слышимым. Волны не достигают приемника вследствие отражения. Отражение происходит под углом, равным углу падения, как и в случае световых и механических волн. Чтобы убедиться в этом, рупоры располагают под одинаковыми углами к большому металлическому листу. Звук исчезнет, если убрать лист или повернуть его.
Свойство 3 — Преломление электромагнитных волн
	Электромагнитные волны изменяют свое направление (преломляются) на границе диэлектрика. Это можно обнаружить с помощью большой треугольной призмы из парафина. Рупоры располагают под углом друг к другу, как и при демонстрации отражения. Металлический лист заменяют затем призмой. Убирая призму или поворачивая ее, наблюдают исчезновение звука.
Свойство 4 — Поперечность электромагнитных волн
	Поместим между генератором и приемником решетку из параллельных металлических стержней. Решетку расположим так, чтобы стержни были горизонтальными или вертикальными. При одном из этих положений, когда электрический вектор параллелен стержням, в них возбуждаются токи, в результате чего решетка начинает отражать волны, подобно сплошной металлической пластине. Когда же вектор перпендикулярен стержням, токи в них не возбуждаются и электромагнитная волна проходит через решетку.

Шкала электромагнитных волн

Электромагнитные волны имеют большое разнообразие. Они классифицируются по длине волны λ или связанной с ней частоте ν. Шкала электромагнитных волн включает в себя:

радиоволны;
оптическое излучение;
ионизирующее излучение.

Укажем частоты и длины указанных волн, а также их подробную классификацию в таблице.

Наименование диапазона волн	Длины волн (м)	Частоты (Гц)
Радиоволны
Инфразвук, звук	>10⁵	<3∙10³
Сверхдлинные волны (СДВ)	10⁴–10⁵	3∙10³–3∙10⁴
Длинные волны (ДВ)	10³–10⁴	3∙10⁴–3∙10⁵
Средние волны (СВ)	10²–10³	3∙10⁵–3∙10⁶
Короткие волны (КВ)	10–100	3∙10⁶–3∙10⁷
Ультракороткие (УКВ): Метровые (МВ) Дециметровые (ДМВ) Сантиметровые (СМВ) Миллиметровые (ММВ) Субмиллиметровые	1–10 0,1–1 10^–2–0,1 10^–3–10^–2 10^–4–10^–3	3∙10⁷–3∙10⁸ 3∙10⁹–3∙10¹⁰ 3∙10¹⁰–3∙10¹¹ 3∙10¹¹–3∙10¹² 3∙10¹²–3∙10¹³
Оптические волны
Инфракрасное излучение	0,78∙10^–6–10^–4	3∙10¹¹–4∙10¹⁴
Видимый свет	0,38∙10^–6–0,78∙10^–6	4∙10¹⁴–7,5∙10¹⁴
Ультрафиолетовое излучение	10^–7–0,38∙10^–6	7,5∙10¹¹–3∙10¹⁵
Ионизирующее излучение
Рентгеновское излучение	5∙10^–12–10^–8	3∙10¹⁶–6∙10¹⁹
Гамма-излучение	<5∙10^–12	>6∙10¹⁹

Частоты и длины волн электромагнитного излучения видимого спектра смотрите на рисунке ниже.

Задание EF17496

В электромагнитной волне, распространяющейся со скоростью →v, происходят колебания векторов напряжённости электрического поля →E и индукции магнитного поля →B. При этих колебаниях векторы →v, →E, →B. имеют взаимную ориентацию:

Ответ:

а) →B∥∥→E, →B∥∥→v, →E∥∥→v

б) →B⊥→E, →B∥∥→v, →E⊥→v

в) →B⊥→E, →B⊥→v, →E∥∥→v

г) →B⊥→E, →B⊥→v, →E⊥→v

Алгоритм решения

1.Вспомнить, какие величины периодически изменяются при распространении электромагнитной волны.

2.Вспомнить, какое взаимное расположение имеют векторы меняющихся величин электромагнитной волны.

3.Вспомнить, какой является электромагнитная волна — продольной или поперечной.

Решение

Электромагнитная волна представляет собой распространяющиеся с течением времени в пространстве электромагнитные колебания, характеризующиеся периодическим изменением в точках пространства вектора напряженности →E и вектора магнитной индукции →B. Эти векторы лежат и изменяются во взаимно перпендикулярных плоскостях. Поэтому вектора напряженности →E и вектор магнитной индукции →B перпендикулярны (→B⊥→E).

Электромагнитная волна — поперечная волна. Это значит, что векторы периодически меняющихся величин расположены перпендикулярно направлению распространения волны. Направление волны определяется направлением вектора ее скорости. Следовательно, вектор напряженности →E и вектор магнитной индукции →B перпендикулярны вектору скорости распространения волны (→B⊥→v, →E∥∥→v).

Ответ: г

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор

Задание EF17601

Какой объект, согласно классической электродинамике, не излучает электромагнитных волн?

Ответ:

а) ускоренно движущийся заряд

б) электромагнит, подключённый к генератору переменного тока

в) линия электропередачи

г) покоящийся электромагнит, подключённый к аккумулятору

Алгоритм решения

Вспомнить основное условие возникновения электромагнитных волн.
Проанализировать возможные источники электромагнитных волн и установить, в каком из них необходимое условие не выполняется.

Решение

Главное условие возникновения электромагнитных волн — наличие у движущегося заряда ускорения. Следовательно, ускоренно движущийся заряд излучает электромагнитные волны.

По линиям электропередачи протекает переменный ток, который периодически меняет свое направление. Следовательно, заряды внутри проводников движутся ускоренно, ведь для того, чтобы поменялась скорость (по модулю и направлению), необходимо наличие ускорения. Следовательно, линии электропередач тоже излучают электромагнитные волны. По этой же причине электромагнит, подключённый к генератору переменного тока, также излучает волны.

Покоящийся электромагнит, подключённый к аккумулятору, не может излучать электромагнитные волны. Аккумулятор — источник постоянного тока. Поэтому заряды движутся с постоянной скоростью (без ускорения), и сам электромагнит покоится (не имеет ускорения).

Ответ: г

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор

Задание EF17566

Выберите среди приведённых примеров электромагнитное излучение с минимальной длиной волны.

Ответ:

а) рентгеновское

б) ультрафиолетовое

в) видимое

г) инфракрасное

Алгоритм решения

Вспомнить расположение видов волн на шкале.
Определить тип волн, имеющих самую короткую длину волны из перечисленных вариантов.

Решение

Шкала электромагнитных волн классифицирует волны по длине или частоте волн. Чем меньше длина волны, тем выше ее частота. Наибольшей длиной волны обладают радиоволны, затем идем инфракрасное, видимое и ультрафиолетовое излучение. После — ионизирующее излучение (рентгеновское и гамма-излучение). Следовательно, наименьшей длиной волн из перечисленных вариантов обладает рентгеновское излучение.

Ответ: а

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор

Алиса Никитина | Просмотров: 8.7k

Источник

Плотность потока электромагнитного излучения

Подробности: Обновлено 20.07.2018 23:18; Просмотров: 742

«Физика — 11 класс»

Излучаемые электромагнитные волны несут с собой энергию.

Плотность потока излучения

Есть поверхность площадью S, через которую электромагнитные волны переносят энергию.

Прямые линии указывают направления распространения электромагнитных волн.
Это лучи — линии, перпендикулярные поверхностям, во всех точках которых колебания происходят в одинаковых фазах.
Такие поверхности называются волновыми поверхностями.

Плотностью потока электромагнитного излучения I называют отношение электромагнитной энергии ΔW, проходящей за время Δt через перпендикулярную лучам поверхность площадью S, к произведению площади S на время Δt:

Фактически это мощность электромагнитного излучения (энергия в единицу времени), проходящего через единицу площади поверхности.
Плотность потока излучения в СИ выражают в ваттах на квадратный метр (Вт/м²).
Иногда эту величину называют интенсивностью волны.

Выразим I через плотность электромагнитной энергии и скорость ее распространения с.
Выберем поверхность площадью S, перпендикулярную лучам, и построим на ней как на основании цилиндр с образующей cΔt.

Объем цилиндра ΔV = ScΔt.
Энергия электромагнитного поля внутри цилиндра равна произведению плотности энергии на объем: ΔW = wcΔtS.
Вся эта энергия за время Δt пройдет через правое основание цилиндра.
Поэтому

т. е. плотность потока излучения равна произведению плотности электромагнитной энергии на скорость ее распространения.

Точечный источник излучения

Источники излучения электромагнитных волн могут быть весьма разнообразными.
Простейшим является точечный источник.

Источник излучения считается точечным, если его размеры много меньше расстояния, на котором оценивается его действие.
Кроме того, предполагается, что такой источник посылает электромагнитные волны по всем направлениям с одинаковой интенсивностью.
Точечный источник — это модель реального источника, как и другие модели, принятые в физике: материальная точка, идеальный газ и т. д.

Звезды излучают свет, т. е. электромагнитные волны.
Так как расстояния до звезд в огромное число раз превышают их размеры, то именно звезды представляют собой лучшее реальное воплощение точечных источников.

Зависимость плотности потока излучения от расстояния до точечного источника

Энергия, которую переносят электромагнитные волны, с течением времени распределяется по все большей и большей поверхности.
Поэтому энергия, передаваемая через поверхность единичной площадки за единицу времени, т. е. плотность потока излучения, уменьшается по мере удаления от источника.

Поместим точечный источник в центр сферы радиусом R.
Площадь поверхности сферы S = 4πR².
Если считать, что источник по всем направлениям за время Δt излучает суммарную энергию ΔW, то

Зависимость плотности потока излучения от частоты.
Излучение электромагнитных волн происходит при ускоренном движении заряженных частиц.
Напряженность электрического поля Е и магнитная индукция В электромагнитной волны пропорциональны ускорению а излучающих частиц.
Ускорение при гармонических колебаниях пропорционально квадрату частоты.
Поэтому напряженность электрического поля и магнитная индукция также пропорциональны квадрату частоты

Плотность энергии электрического поля пропорциональна квадрату напряженности поля.
Энергия магнитного поля, как это можно показать, пропорциональна квадрату магнитной индукции.
Полная плотность энергии электромагнитного поля равна сумме плотностей энергий электрического и магнитного полей.

Плотность потока излучения (I) пропорциональна четвертой степени частоты (ω).

При увеличении частоты колебаний заряженных частиц в 2 раза излучаемая энергия возрастает в 16 раз!
В антеннах радиостанций поэтому возбуждают колебания больших частот: от десятков тысяч до десятков миллионов герц.

Итак,
электромагнитные волны переносят энергию.
Плотность потока излучения (интенсивность волны) равна произведению плотности энергии на скорость ее распространения.
Интенсивность волны пропорциональна четвертой степени частоты и убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от источника.

Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Электромагнитные волны. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

Что такое электромагнитная волна —
Экспериментальное обнаружение электромагнитных волн —
Плотность потока электромагнитного излучения —
Изобретение радио А. С. Поповым. Принципы радиосвязи —
Модуляция и детектирование —
Свойства электромагнитных волн —
Распространение радиоволн —
Радиолокация —
Понятие о телевидении. Развитие средств связи —
Краткие итоги главы

Источник

Гипермаркет знаний>>Физика и астрономия>>Физика 11 класс>> Плотность потока электромагнитного излучения

Плотность потока излучения. Рассмотрим поверхность площадью S, через которую электромагнитные волны переносят энергию. На рисунке 7.5 изображена такая площадка.

Прямые линии указывают направления распространения электромагнитных волн. Это лучи —линии, перпендикулярные поверхностям, во всех точках которых колебания происходят в одинаковых фазах. Такие поверхности называются волновыми поверхностями (см. § 46). Плотностью потока электромагнитного излучения / называют отношение электромагнитной энергии W, проходящей за время t через перпендикулярную лучам поверхность площадью S, к произведению площади S на время t:

Фактически это мощность электромагнитного излучения (энергия в единицу времени), проходящего через единицу площади поверхности. Плотность потока излучения в СИ выражают в ваттах на квадратный метр (Вт/м²). Иногда эту величину называют интенсивностью волны.

Найдем зависимость плотности потока излучения от расстояния до источника. Для этого надо ввести еще одно новое понятие.

Точечный источник излучения. Источники излучения электромагнитных волн могут быть весьма разнообразными. Простейшим является точечный источник.

Источник излучения считается точечным, если его размеры много меньше расстояния, на котором оценивается его действие. Кроме того, предполагается, что такой источник посылает электромагнитные волны по всем направлениям с одинаковой интенсивностью. Точечный источник — такая же идеализация реальных источников, как и другие модели принятые в физике: материальная точка, идеальный газ и т. д.

Звезды излучают свет, т. е. электромагнитные волны Так как расстояния до звезд в огромное число раз превы шают их размеры, то именно звезды представляют собой лучшее реальное воплощение точечных источников.

Зависимость плотности потока излучения от расстояния до точечного источника. Энергия, которую переносят электромагнитные волны, с течением времени распределяется по все большей и большей поверхности. Поэтому энергия, передаваемая через поверхность единичной площадки за единицу времени, т. е. плотность потока излучения, уменьшается по мере удаления от источника.

Поместим точечный источник в центр сферы радиусом R. Площадь поверхности сферы S = 4R². Если считать, что источник по всем направлениям за время t излучает суммарную энергию W, то

Зависимость плотности потока излучения от частоты. Излучение электромагнитных волн происходит при ускоренном движении заряженных частиц (см. § 48). Напряженность электрического поля и магнитная индукция электромагнитной волны пропорциональны ускорению излучающих частиц. Ускорение при гармонических колебаниях пропорционально квадрату частоты. Поэтому напряженность электрического поля и магнитная индукция также пропорциональны квадрату частоты:

Плотность энергии электрического поля пропорциональна квадрату напряженности поля. Энергия магнитного поля, как это можно показать, пропорциональна квадрату магнитной индукции. Полная плотность энергии электромагнитного поля равна сумме плотностей энергий электрического и магнитного полей. С учетом формулы (7.2) плотность потока излучения

Плотность потока излучения пропорциональна четвертой степени частоты.

При увеличении частоты колебаний заряженных частиц в 2 раза излучаемая энергия возрастает в 16 раз! В антеннах радиостанций поэтому возбуждают колебания больших частот: от десятков тысяч до десятков миллионов герц.

Электромагнитные волны переносят энергию. Плотность потока излучения (интенсивность волны) равна произведению плотности энергии на скорость ее распространения. Интенсивность волны пропорциональна четвертой степени частоты и убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от источника.

1.   Какую величину называют плотностью потока электромагнитного излучения!
2.   Какой источник излучения называется точечным!
3.   Почему переменный ток в осветительной сети практически не излучает электромагнитных волн!

Мякишев Г. Я., Физика. 11 класс : учеб. для общеобразоват. учреждений : базовый и профил. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. В. Буховцев, В. М. Чаругин; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. — 17-е изд., перераб. и доп. — М. : Просвещение, 2008. — 399 с : ил.

_{Планирование по физике, учебники и книги онлайн, курсы и задачи по физике для 11 класса скачать}

Содержание урока
 конспект урока
 опорный каркас  
 презентация урока
 акселеративные методы 
 интерактивные технологии 

Практика
 задачи и упражнения 
 самопроверка
 практикумы, тренинги, кейсы, квесты
 домашние задания
 дискуссионные вопросы
 риторические вопросы от учеников

Иллюстрации
 аудио-, видеоклипы и мультимедиа 
 фотографии, картинки 
 графики, таблицы, схемы
 юмор, анекдоты, приколы, комиксы
 притчи, поговорки, кроссворды, цитаты

Дополнения
 рефераты
 статьи 
 фишки для любознательных 
 шпаргалки 
 учебники основные и дополнительные
 словарь терминов                          
 прочие 

Совершенствование учебников и уроков
 исправление ошибок в учебнике
 обновление фрагмента в учебнике 
 элементы новаторства на уроке 
 замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
 идеальные уроки 
 календарный план на год  
 методические рекомендации  
 программы
 обсуждения


Интегрированные уроки

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь — Образовательный форум.

При использовании материалов ресурса
ссылка на edufuture.biz обязательна (для интернет ресурсов —
гиперссылка).
edufuture.biz 2008-© Все права защищены.
Сайт edufuture.biz является порталом, в котором не предусмотрены темы политики, наркомании, алкоголизма, курения и других «взрослых» тем.

Разработка — Гипермаркет знаний 2008-

Ждем Ваши замечания и предложения на email:
По вопросам рекламы и спонсорства пишите на email:

Источник

Плотность потока электромагнитного излучения

Как мы уже знаем, волна характеризуется переносом энергии. Следовательно, электромагнитные волны тоже несут с собой энергию. Рассмотрим некоторую поверхность площадью S. Положим, что через нее электромагнитные волны переносят энергию.

На следующем рисунке представлена такая поверхность.

рисунок

Плотность потока электромагнитного излучения

Линиями обозначены направления распространения электромагнитных волн. Линии, перпендикулярные поверхности, во всех точках которых колебания происходят в одинаковых фазах, называются лучами. А эти поверхности называются волновыми поверхностями.

Плотность потока электромагнитного излучения – это отношение электромагнитной энергии ∆W, проходящей через перпендикулярную лучам поверхность площадью S, за время ∆t, к произведению S на ∆t.

I = ∆W/(S*∆t)

Единицей измерения плотности магнитного потока в систему СИ являются ватты на квадратный метр (Вт/м^2). Выразим плотность потока через скорость его распространения и плотность электромагнитной энергии.

Возьмем поверхность S, перпендикулярную лучам. Построим на ней цилиндр с основанием c*∆t.

рисунок

Здесь c – скорость распространения электромагнитной волны. Объем цилиндра вычисляется по формуле:

∆V = S*c*∆t.

Энергия электромагнитного поля сосредоточенного внутри цилиндра будет вычисляться по следующей формуле:

∆W = ∆V*ω.

Здесь ω — плотность электромагнитной энергии. Эта энергия за время ∆t пройдет через правое основание цилиндра. Получаем следующую формулу:

I = (ω*c*S*∆t)/(S*∆t) = ω*c.

Энергия по мере удаления от источника будет уменьшаться. Будет верна следующая закономерность, зависимости плотности тока от расстояния до источника. Плотность потока излучения направленного от точечного источника будет убывать обратно пропорционально квадрату расстояния до источника.

I = ∆W/(S*∆t) = ( ∆W/(4*pi∆t))*(1/R^2).

Электромагнитные волны излучаются при ускоренном движении заряженных частиц. При этом напряженность электрического поля и вектор магнитной индукции электромагнитной волны будут прямо пропорциональны ускорению частиц.

Если рассматривать гармонические колебания, то ускорение будет прямо пропорционально квадрату циклической частоты. Полная плотность энергии электромагнитного поля будет равняться сумме плотности энергии электрического поля и энергии магнитного поля.

Согласно формуле I = ω*c, плотность потока пропорциональна полной плотности энергии электромагнитного поля.

Учитывая всё вышесказанное, имеем:

I~ ω ~(E^2 +B^2)~ ω ^4.

Следовательно, плотность потока излучения будет прямо пропорциональна четвертой степени циклической частоты.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Длина волны и скорость волны: уравнение бегущей волны
Следующая тема: Изобретение радио Поповым: принципы радиосвязи

Нравится

Источник

Скачать материал

Сейчас обучается 100 человек из 42 регионов

Сейчас обучается 142 человека из 54 регионов

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд

Плотность потока
электромагнитного излучения
Цель: ввести энергетические характеристики
электромагнитной волны
2 слайд

Излученные электромагнитные волны несут с собой энергию.
Энергетические характеристики излучения играют важную роль, так как определяют воздействия источников излучения на его приемники.
Одной из главных характеристик излучения является плотность потока электромагнитного излучения.
3 слайд

Рассмотрим поверхность площадью S, через которую эл/м волны переносят энергию.
Лучи указывают распространение эл/м волн.
Они перпендикулярны поверхностям, во всех точках которых колебания происходят в одинаковых фазах, эти поверхности называются волновыми.
4 слайд

Плотностью потока эл/м излучения
I
называется отношение эл/м энергии ,
проходящей за время через перпендикулярную лучам поверхность площадью S , к произведению площади S на время .

I =
5 слайд

Фактически – это мощность эл/м излучения, то есть энергия в единицу времени, проходящего через единицу площади поверхности.

В системе СИ плотность потока выражают ВТ/м2.

Иногда эту величину называют – интенсивность волны.
6 слайд

Выразите плотность потока эл/м излучения через плотность эл/м энергии и скорость ее рапространения, если:
— плотность эл/м энергии
7 слайд

∆W = ω c ∆t S

I= = ω · c

Плотность потока излучения равна произведению плотности эл/м энергии на скорость ее распространения.

∆V = S c ∆t
8 слайд

Зависимость плотности потока излучения от расстояния до источника
Энергия, которую несут с собой эл/м волны, с течением времени распределяется по все большей и большей поверхности (сфере).
Поэтому плотность потока излучения уменьшается по мере удаления от источника.
9 слайд

I = =

Площадь поверхности сферы
Плотность потока излучения от точечного источника убывает обратно пропорционально квадрату расстояния до источника.
10 слайд

Зависимость плотности потока излучения от частоты
Излучение эл/м волн происходит при ускоренном движении заряженных частиц.

Е ~ а ~ ω2
В ~ a ~ ω2 I ~ ω4
I ~ ω ~ (E2 + B2)
Плотность потока излучения пропорциональна четвертой степени частоты.

Краткое описание документа:

Шкала электромагнитных волн

Цель урока

повторение и закрепление знаний по теме «Электромагнитные волны».

Цели урока:

Образовательная:

Повторить, обобщить и систематизировать знания учащихся по теме » Электромагнитные волны «.

Доказать единство материального мира.

Показать, что материальные объекты имеют множество различных физических свойств, которые имеют количественные и качественные изменения, связанные друг с другом;

Воспитательная:

Перевести усвоение физики как науки из средства образования в средство такого эмоционального, социального и интеллектуального развития ученика, которое обеспечит переход от обучения к самообразованию.

Развивающая:

Развивать интерес к предмету, умение слушать и слышать собеседника, уважать его точку зрения,

Структура урока:

1.Организационный момент (2мин)

2.Актуализация знаний.(3 мин)

3.Физическая разминка (5 мин)

4.Изучение нового материала (30 мин)

5.Решение качественных задач (6 мин)

6.Тест

7.Подведение итогов, оценки за урок (2 мин.)

8.Домашнее задание (3 мин.)

Ход урока

1.Орг. момент.
2.Актуализация знаний
3.Физическая разминка
Изучение нового материала. Вступительное слово учителя.

Вселенная – это океан электромагнитных излучений. Люди живут в нем, по большей части, не замечая пронизывающих окружающее пространство волн. Греясь у камина или зажигая свечу, человек заставляет работать источник этих волн, не задумываясь об их свойствах. Но знание — сила: открыв природу электромагнитного излучения, человечество в течение XX столетия освоило и поставило к себе на службу самые различные его виды.

Задание “Ключ”

1) Способ передачи тепла с помощью инфракрасных волн (из ответа возьмите вторую букву и запишите ее в первую клетку ключа). (Излучение.)

2) Цвет, стоящий в спектре рядом с жёлтым цветом (из ответа возьмите пятую букву и запишите её во вторую клетку ключа).(Зелёный

3) Как называется учение о свете? (из ответа возьмите шестую букву и запишите её в третью клетку ключа).(Оптика)

4) Учёный, открывший явление дисперсии света (из ответа возьмите первую букву и запишите её в четвёртую клетку ключа).(Ньютон)

5) Явление, огибания волнами препятствий (из ответа возьмите вторую букву и девятую буквы и запишите их в пятую и шестую клетки ключ).(Дифракция)

Мы знаем, что длина электромагнитных волн бывает самой разной. Свет составляет ничтожную часть широкого спектра электромагнитных волн. При изучении этой малой части спектра были открыты другие излучения с необычными свойствами. Принято выделять низкочастотное излучение, радиоизлучение, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и γ-излучение.

Класс делится на 6 групп. Каждая группа получает задание подготовить и представить информацию о конкретном диапазоне длин волн ( Работа с учебником, Интернет-ресурсами).

Защита материала.

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

6 264 630 материалов в базе

Выберите категорию:
Выберите учебник и тему

Выберите класс:
Тип материала:
- Все материалы
- Статьи
- Научные работы
- Видеоуроки
- Презентации
- Конспекты
- Тесты
- Рабочие программы
- Другие методич. материалы

Найти материалы

Материал подходит для УМК

Другие материалы

Вам будут интересны эти курсы:

Курс повышения квалификации «Информационные технологии в деятельности учителя физики»
Курс повышения квалификации «Экономика предприятия: оценка эффективности деятельности»
Курс профессиональной переподготовки «Организация деятельности по подбору и оценке персонала (рекрутинг)»
Курс повышения квалификации «Применение MS Word, Excel в финансовых расчетах»
Курс повышения квалификации «Организация практики студентов в соответствии с требованиями ФГОС медицинских направлений подготовки»
Курс повышения квалификации «ЕГЭ по физике: методика решения задач»
Курс профессиональной переподготовки «Управление ресурсами информационных технологий»
Курс повышения квалификации «Мировая экономика и международные экономические отношения»
Курс повышения квалификации «Актуальные вопросы банковской деятельности»
Курс повышения квалификации «Международные валютно-кредитные отношения»
Курс профессиональной переподготовки «Организация маркетинговой деятельности»

Источник