Номер 4, страница 150 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

4. Какую величину называют плотностью потока электромагнитного излучения?

Плотностью потока электромагнитного излучения (также известной как интенсивность излучения или облучённость) называют физическую величину, равную энергии электромагнитной волны, переносимой за единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную направлению распространения энергии.

Иными словами, это мощность электромагнитного излучения, приходящаяся на единицу площади поверхности. Плотность потока излучения обычно обозначается буквой $I$ или $S$.

Если за промежуток времени $\Delta t$ через поверхность площадью $A$, перпендикулярную направлению распространения волны, переносится энергия $\Delta W$, то плотность потока излучения определяется формулой:

$I = \frac{\Delta W}{A \cdot \Delta t}$

Поскольку мощность $P$ — это энергия, переносимая в единицу времени ($P = \frac{\Delta W}{\Delta t}$), формулу для интенсивности можно записать как отношение мощности к площади:

$I = \frac{P}{A}$

Единицей измерения плотности потока излучения в Международной системе единиц (СИ) является ватт на квадратный метр ($Вт/м^2$).

Мгновенная плотность потока энергии и направление ее переноса в каждой точке пространства описываются вектором Пойнтинга $\vec{S}$ (также называемым вектором плотности потока энергии):

$\vec{S} = \frac{1}{\mu_0} [\vec{E} \times \vec{B}]$

где $\vec{E}$ — вектор напряженности электрического поля, $\vec{B}$ — вектор магнитной индукции, а $\mu_0$ — магнитная постоянная. Модуль вектора Пойнтинга $| \vec{S} |$ равен мощности излучения, проходящей через единичную площадку, перпендикулярную вектору $\vec{S}$.

Напряженность электрического и индукция магнитного полей в электромагнитной волне изменяются с очень высокой частотой. Поэтому на практике чаще всего имеют дело со средним значением плотности потока излучения за время, значительно превышающее период колебаний. Эта средняя величина и есть интенсивность $I$. Для гармонической (синусоидальной) волны, распространяющейся в вакууме, интенсивность связана с амплитудными значениями полей $E_0$ и $B_0$ следующими соотношениями:

$I = \langle | \vec{S} | \rangle = \frac{1}{2} c \varepsilon_0 E_0^2 = \frac{c B_0^2}{2 \mu_0}$

где $c$ — скорость света в вакууме, а $\varepsilon_0$ — электрическая постоянная.

Ответ: Плотностью потока электромагнитного излучения (или интенсивностью) называют физическую величину, равную энергии, которую переносит электромагнитная волна за единицу времени через единицу площади поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны. Эта величина измеряется в ваттах на квадратный метр ($Вт/м^2$).