Pasemos ahora a considerar las propiedades y características de las ondas electromagnéticas. Una de las características de las ondas electromagnéticas es la densidad radiación electromagnética.
Considere una superficie con área S a través de la cual las ondas electromagnéticas transfieren energía.
La densidad de flujo de la radiación electromagnética I se refiere a la relación entre la energía electromagnética W que pasa durante el tiempo t a través de una superficie con un área S perpendicular a los rayos por el producto del área S por el tiempo t.
La densidad de flujo de radiación, en SI, se expresa en vatios por metro cuadrado(W / m 2). Este valor a veces se denomina intensidad de la onda.
Después de realizar varias transformaciones, obtenemos que I = w c.
es decir, la densidad de flujo de radiación es igual al producto de la densidad de energía electromagnética por la velocidad de su propagación.
Nos hemos encontrado más de una vez con la idealización de fuentes reales de aceptación en la física: punto material, gas ideal, etc. Aquí conoceremos uno más.
Una fuente de radiación se considera puntual si sus dimensiones son mucho menores que la distancia a la que se evalúa su efecto. Además, se supone que dicha fuente envía ondas electromagnéticas en todas las direcciones con la misma intensidad.
Consideremos la dependencia de la densidad del flujo de radiación de la distancia a la fuente.
La energía que las ondas electromagnéticas llevan consigo se distribuye sobre una superficie cada vez más grande a lo largo del tiempo. Por lo tanto, la energía transferida a través de una unidad de área por unidad de tiempo, es decir, la densidad del flujo de radiación, disminuye con la distancia a la fuente. Es posible averiguar la dependencia de la densidad del flujo de radiación de la distancia a la fuente colocando una fuente puntual en el centro de una esfera con un radio R. el área de la superficie de la esfera S = 4 n R ^ 2. Si asumimos que la fuente emite energía W
La densidad del flujo de radiación de una fuente puntual disminuye en proporción inversa al cuadrado de la distancia a la fuente.
Consideremos ahora la dependencia de la densidad del flujo de radiación con la frecuencia. Como saben, la radiación de ondas electromagnéticas se produce con el movimiento acelerado de partículas cargadas. Tensión campo eléctrico e inducción magnética onda electromagnética proporcional a la aceleración a emitiendo partículas. Aceleración en vibraciones armónicas proporcional al cuadrado de la frecuencia. Por lo tanto, la intensidad del campo eléctrico y la inducción magnética son proporcionales al cuadrado de la frecuencia.
La densidad de energía de un campo eléctrico es proporcional al cuadrado de la intensidad del campo. Energía campo magnético proporcional al cuadrado de la inducción magnética. Densidad energética total campo electromagnetico es igual a la suma de las densidades de energía de los campos eléctrico y magnético. Por lo tanto, la densidad del flujo de radiación es proporcional a: (E ^ 2 + B ^ 2). De esto obtenemos que I es proporcional a w ^ 4.
Temas del codificador USE: propiedades de las ondas electromagnéticas, diferentes tipos Radiación electromagnética y su aplicación.
El resultado más importante de la electrodinámica, que se deriva de las ecuaciones de Maxwell (esta no es la primera vez que hablamos de las ecuaciones de Maxwell, pero no escribimos las ecuaciones en sí. No hay nada que hacer, estas ecuaciones son todavía demasiado complicadas para usted. Los conocerá en el segundo curso, cuando domine los temas necesarios de las matemáticas superiores), es que Las interacciones electromagnéticas se transmiten de un punto a otro en el espacio, no instantáneamente, sino con una velocidad finita.... En el vacío, la velocidad de propagación de las interacciones electromagnéticas coincide con la velocidad de la luz, m / s.
Considere, por ejemplo, dos cargas en reposo, ubicadas a cierta distancia entre sí. La fuerza de su interacción está determinada por la ley de Coulomb. Muevamos una de las cargas; según la ley de Coulomb, la fuerza de interacción cambiará instantáneamente: la segunda carga "sentirá" inmediatamente el cambio en la posición de la primera carga. Así lo afirmó la teoría de la acción de largo alcance (las teorías de la acción de largo y corto alcance se discutieron en el folleto "Intensidad de campo eléctrico").
En realidad, sin embargo, este no es el caso. Al mover la carga campo eléctrico cerca de él cambia y genera un campo magnético. Este campo magnético también es variable, a su vez genera un campo eléctrico alterno, que nuevamente genera un campo magnético alterno, etc. El proceso de fluctuaciones en la fuerza del campo eléctrico y la inducción del campo magnético comienza a extenderse en el espacio: una onda electromagnética.... Después de algún tiempo, esta onda electromagnética alcanzará la segunda carga; sólo entonces, ¡no instantáneamente! - él y "sienten" que la posición de la primera carga ha cambiado.
Maxwell predijo la existencia de ondas electromagnéticas y recibió una brillante confirmación en el experimento de Hertz.
Experimento de Hertz: circuito oscilatorio abierto
Las ondas electromagnéticas deben ser lo suficientemente intensas para ser observadas experimentalmente.
Es fácil entender que cuanto más intensas sean las ondas electromagnéticas, más rápido cambia la posición de las cargas que emiten estas ondas. De hecho, en este caso, el campo eléctrico cerca de las cargas cambia con mayor velocidad y genera un campo magnético mayor; a su vez, cambia con la misma rapidez y genera un campo eléctrico más grande, y así sucesivamente.
En particular, Las ondas electromagnéticas intensas son generadas por ondas electromagnéticas de alta frecuencia..
Las vibraciones electromagnéticas se crean en un circuito oscilatorio conocido.
La frecuencia de oscilación de la carga y la corriente en el circuito es igual a:
(1)
Los vectores vibran con la misma frecuencia en un punto dado del espacio. Por tanto, el valor calculado por la fórmula (1) también será .
Para aumentar la frecuencia de las oscilaciones en el circuito, es necesario reducir la capacitancia del capacitor y la inductancia de la bobina.
Pero los experimentos han demostrado que el asunto no se limita a una sola frecuencia alta de oscilaciones. Otro factor es fundamental para la formación de ondas electromagnéticas intensas: un campo electromagnético alterno, que es una fuente de ondas electromagnéticas, debe ocupar un área de espacio suficientemente grande.
Mientras tanto, en un circuito oscilatorio convencional que consta de un condensador y una bobina, el campo eléctrico alterno se concentra casi por completo en un área pequeña dentro del condensador, y el campo magnético alterno, en un área pequeña dentro de la bobina. Por lo tanto, incluso a una frecuencia de oscilaciones suficientemente alta, tal circuito oscilatorio resultó ser inadecuado para la emisión de ondas electromagnéticas.
¿Cómo lograr un aumento del área ocupada por un campo electromagnético de alta frecuencia? Hertz encontró una solución hermosa e ingeniosamente simple: circuito oscilante abierto.
Tomemos un circuito oscilatorio convencional (Fig. 1, izquierda). Comencemos a reducir la cantidad de vueltas de la bobina; a partir de esto, su inductancia disminuirá. Al mismo tiempo, reducimos el área de las placas del capacitor y las separamos; esto conduce a una disminución en la capacitancia del capacitor y a un aumento en el área espacial ocupada por el campo eléctrico. Esta situación intermedia se muestra en la Fig. 1 en el medio.
Arroz. 1. Transformación de un circuito oscilatorio convencional en uno abierto
¿Dónde vamos a continuar este proceso? La bobina se elimina por completo, convirtiéndose en un trozo de conductor. Las placas del condensador se mueven lo más lejos posible y terminan en los extremos de este conductor (Fig. 1, derecha). Queda por reducir las dimensiones de las placas al límite, ¡y obtendrá la varilla rectilínea más común! Este es un circuito oscilatorio abierto (Fig. 2).
Arroz. 2. Circuito oscilatorio abierto
Como puede ver, la idea de Hertz de un circuito oscilatorio abierto hizo posible "matar dos pájaros de un tiro":
1) la capacitancia e inductancia de la varilla son muy pequeñas, por lo tanto, se excitan en ella oscilaciones de muy alta frecuencia; 2) el campo electromagnético alterno ocupa un área bastante grande de espacio alrededor de la barra.
Por lo tanto, una barra de este tipo puede servir como fuente de ondas electromagnéticas suficientemente intensas.
Pero, ¿cómo excitar las oscilaciones electromagnéticas en la varilla? Hertz cortó la varilla en el medio, separó las mitades una distancia corta (creando un llamado espacio de descarga) y las conectó a una fuente de alto voltaje. Resultó Vibrador emisor hertziano(Fig. 3; los extremos del cable en el espacio de descarga se suministraron con pequeñas bolas).
Arroz. 3. Vibrador radiante Hertz
Cuando el voltaje entre las bolas excedió el voltaje de ruptura, una chispa saltó en el espacio de descarga. Durante la existencia de la chispa, el circuito se cerró y surgieron oscilaciones electromagnéticas en la varilla: el vibrador emitió ondas electromagnéticas.
Hertz registró estas ondas usando recibir vibrador- un conductor con bolas en los extremos del espacio de descarga (Fig. 4). El vibrador receptor estaba ubicado a cierta distancia del vibrador emisor.
Arroz. 4. Vibrador receptor de Hertz
Un campo eléctrico alterno de una onda electromagnética excitada en el vibrador receptor. corriente alterna... Si la frecuencia de esta corriente coincidió con la frecuencia natural del vibrador receptor, entonces surgió una resonancia y ¡saltó una chispa en el espacio de descarga!
La presencia de esta chispa, apareciendo en los extremos de un conductor completamente aislado, era un claro indicio de la existencia de ondas electromagnéticas.
Propiedades de las ondas electromagnéticas.
Para la emisión de ondas electromagnéticas, la carga no tiene que ser movimiento oscilatorio; lo principal es que la carga tiene aceleración. Cualquier carga que se mueva con aceleración es una fuente de ondas electromagnéticas.... En este caso, cuanto más intensa sea la radiación, mayor será el módulo de aceleración de carga.
Entonces, para movimiento uniforme alrededor de un círculo (digamos, en un campo magnético), la carga tiene una aceleración centrípeta y, por lo tanto, emite ondas electromagnéticas. Los electrones rápidos en los tubos de descarga de gas, que golpean las paredes, se desaceleran con una aceleración muy alta en el módulo; por lo tanto, cerca de las paredes se registra radiografía alta energía (así llamado bremsstrahlung).
Las ondas electromagnéticas resultaron ser transverso- Las oscilaciones de los vectores de la intensidad del campo eléctrico y la inducción del campo magnético se producen en un plano perpendicular a la dirección de propagación de la onda.
Considere, por ejemplo, la radiación de una carga que realiza oscilaciones armónicas con una frecuencia a lo largo del eje alrededor del origen. Las ondas electromagnéticas salen de él en todas las direcciones, en particular, a lo largo del eje. En la Fig. 5 muestra la estructura de la onda electromagnética radiada a una gran distancia de la carga en un momento fijo en el tiempo.
Arroz. 5. Onda electromagnética sinusoidal
La velocidad de la onda se dirige a lo largo del eje. Los vectores y en cada punto del eje realizan oscilaciones sinusoidales a lo largo de los ejes y, en consecuencia, cambian de fase.
La rotación más corta de un vector a un vector es siempre en sentido antihorario cuando se mira desde el final del vector.
En cualquier momento fijo en el tiempo, la distribución a lo largo del eje de los valores del módulo de vectores y tiene la forma de dos sinusoides en fase ubicados perpendiculares entre sí en los planos y, respectivamente. Longitud de onda es la distancia entre los dos puntos más cercanos en el eje en el que los valores de campo fluctúan en la misma fase (en particular, entre los dos máximos de campo más cercanos, como en la Fig. 5).
La frecuencia con la que cambian los valores en un punto dado del espacio se llama frecuencia de la onda electromagnética; coincide con la frecuencia de oscilación de la carga emisora. La longitud de una onda electromagnética, su frecuencia y velocidad de propagación c están relacionadas por el estándar para la relación de todas las ondas:
(2)
Los experimentos han demostrado que las ondas electromagnéticas tienen las mismas propiedades básicas que otros tipos de procesos ondulatorios.
1. Reflexión de olas... Las ondas electromagnéticas se reflejan en una hoja de metal, esto fue descubierto por Hertz. En este caso, el ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia.
2. Olas absorbentes... Las ondas electromagnéticas se absorben parcialmente al pasar a través del dieléctrico.
3. Refracción de ondas... Las ondas electromagnéticas cambian su dirección de propagación cuando pasan del aire a un dieléctrico (y generalmente en la interfaz de dos dieléctricos diferentes).
4. Interferencia de ondas... Hertz observó la interferencia de dos ondas: la primera llegó al vibrador receptor directamente desde el vibrador emisor, la segunda después de la reflexión preliminar de la hoja de metal.
Al cambiar la posición del vibrador receptor y fijar las posiciones de los máximos de interferencia, Hertz midió la longitud de onda. Hertz conocía la frecuencia de las vibraciones naturales en el vibrador receptor. Utilizando la fórmula (2), Hertz calculó la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas y obtuvo aproximadamente m / s. ¡Este es exactamente el resultado que predijo la teoría de Maxwell!
5. Difracción de ondas... Las ondas electromagnéticas rodean obstáculos cuyas dimensiones son acordes con la longitud de onda. Por ejemplo, las ondas de radio, cuya longitud de onda es de varias decenas o cientos de metros, se doblan alrededor de casas o montañas que se encuentran en el camino de su propagación.
Densidad de flujo de radiación
Las ondas electromagnéticas transportan energía de un área del espacio a otra. La energía se transfiere a lo largo rayos- líneas imaginarias que indican la dirección de propagación de la onda (no damos una definición estricta del concepto de rayo y esperamos su comprensión intuitiva, que será suficiente por ahora).
La característica energética más importante de las ondas electromagnéticas es la densidad del flujo de radiación.
Imagina una plataforma con un área perpendicular a los rayos. Supongamos que durante el tiempo la onda transfiere energía a través de esta área. Entonces densidad de flujo de radiación está definido por la fórmula:
(3)
En otras palabras, la densidad de flujo de radiación es la energía transferida a través de una unidad de área (perpendicular a los rayos) por unidad de tiempo; o, de manera equivalente, la potencia de radiación transportada a través de una unidad de área. La unidad para medir la densidad del flujo de radiación es W / m2.
La densidad del flujo de radiación está relacionada por una simple relación con la densidad de energía del campo electromagnético.
Fijamos el área perpendicular a los rayos y un corto período de tiempo. La energía pasará por el sitio:
(4)
Esta energía se concentrará en un cilindro con área de base y altura (Fig. 6), donde es la velocidad de la onda electromagnética.
Arroz. 6. A la conclusión de la fórmula (6)
El volumen de este cilindro es :. Por lo tanto, si es la densidad de energía del campo electromagnético, entonces para la energía también obtenemos:
(5)
Igualando los lados derechos de las fórmulas (4) y (5) y reduciendo por, obtenemos la razón:
(6)
La densidad del flujo de radiación caracteriza, en particular, el grado de influencia de la radiación electromagnética en sus receptores; al hablar de intensidad ondas electromagnéticas, significan precisamente la densidad del flujo de radiación.
Una pregunta interesante es cómo la intensidad de la radiación depende de su frecuencia.
Sea una onda electromagnética emitida por una carga que realiza oscilaciones armónicas a lo largo del eje de acuerdo con la ley. La frecuencia cíclica de la oscilación de la carga será al mismo tiempo la frecuencia cíclica de la onda electromagnética emitida.
Para la velocidad y aceleración de la carga, tenemos: y. Como puedes ver,. La fuerza del campo eléctrico y la inducción del campo magnético en la onda electromagnética son proporcionales a la aceleración de la carga: y. Por lo tanto, y.
La densidad de energía del campo electromagnético es la suma de la densidad de energía del campo eléctrico y la densidad de energía del campo magnético :. La densidad de energía del campo eléctrico, como sabemos, es proporcional al cuadrado de la intensidad del campo :. De manera similar, se puede demostrar eso. Por lo tanto, y para eso.
Según la fórmula (6), la densidad del flujo de radiación es proporcional a la densidad de energía :. Entonces . Obtuvimos un resultado importante: la intensidad de la radiación electromagnética es proporcional a la cuarta potencia de su frecuencia.
Otro resultado importante es que La intensidad de la radiación disminuye al aumentar la distancia a la fuente.... Esto es comprensible: después de todo, la fuente irradia en diferentes direcciones y, con la distancia de la fuente, la energía irradiada se distribuye en un área cada vez mayor.
La dependencia cuantitativa de la densidad del flujo de radiación de la distancia a la fuente es fácil de obtener para la denominada fuente de radiación puntual.
Fuente puntual de radiación- se trata de una fuente, cuyo tamaño puede pasarse por alto en las condiciones de esta situación. Además, se considera que una fuente puntual irradia igualmente en todas las direcciones.
Por supuesto, una fuente puntual es una idealización, pero en algunas tareas esta idealización funciona muy bien. Por ejemplo, al estudiar la radiación de las estrellas, pueden considerarse fuentes puntuales; después de todo, las distancias a las estrellas son tan enormes que se pueden ignorar sus propios tamaños.
A una distancia de la fuente, la energía irradiada se distribuye uniformemente sobre la superficie de una esfera de radio. Recuerda el área de la esfera. Si el poder de radiación de nuestra fuente es igual, entonces, durante el tiempo, la energía pasa a través de la superficie de la esfera. Usando la fórmula (3), obtenemos:
De este modo, la intensidad de la radiación de una fuente puntual es inversamente proporcional a la distancia a ella.
Tipos de radiación electromagnética.
El espectro de ondas electromagnéticas es inusualmente amplio: la longitud de onda se puede medir en miles de kilómetros o puede ser menor que un picómetro. Sin embargo, todo este espectro se puede dividir en varios rangos de longitud de onda característicos; dentro de cada rango, las ondas electromagnéticas tienen propiedades y métodos de radiación más o menos similares.
Veremos estos rangos en orden descendente de longitud de onda. Los rangos se fusionan suavemente entre sí, no hay un límite claro entre ellos. Por lo tanto, los valores límite de las longitudes de onda son a veces muy arbitrarios.
1. Ondas de radio(> 1 mm).
Las fuentes de ondas de radio son fluctuaciones de carga en cables, antenas, circuitos oscilatorios. Las ondas de radio también se emiten durante las tormentas eléctricas.
Olas extra largas (> 10 km). Se esparcen bien en el agua, por lo que se utilizan para la comunicación con submarinos.
Olas largas(Ondas medianas de 1 km (Ondas cortas de 100 m (Ondas del metro de 10 m (Ondas decimétricas de 1 m (10 cm Microonda(Ondas milimétricas de 1 cm (1 mm de radiación infrarroja (780 nm térmica - cuando golpea nuestro cuerpo, sentimos calor. El ojo humano no percibe la radiación infrarroja) (algunas serpientes ven en el rango infrarrojo).
La fuente más poderosa de radiación infrarroja es el sol. Las lámparas incandescentes emiten la mayor cantidad de energía (hasta un 80%) en la región infrarroja del espectro.
La radiación infrarroja tiene una amplia gama de aplicaciones: calentadores infrarrojos, mandos a distancia control remoto, dispositivos de visión nocturna, secado pinturas y barnices y mucho más.
A medida que aumenta la temperatura corporal, la longitud de onda de la radiación infrarroja disminuye y se desplaza hacia la luz visible. Después de haber metido la uña en la llama del mechero, podemos observar esto con nuestros propios ojos: en algún momento, la uña "se pone al rojo vivo", comenzando a emitir en el rango visible.
3. Luz visible(Colores espectrales de 380 nm.
Rojo: 625 nm - 780 nm;
Naranja: 590 nm - 625 nm
Amarillo: 565 nm - 590 nm
Verde: 500 nm - 565 nm;
Azul: 485 nm - 500 nm;
Azul: 440 nm - 485 nm;
Violeta: 380 nm - 440 nm.
El ojo tiene la máxima sensibilidad a la luz en la parte verde del espectro. Es por eso que las pizarras según GOST deben ser verdes: mirándolas, el ojo experimenta menos estrés.
4. Radiación ultravioleta (Rayos X de 10 nm (5 pm bremsstrahlung), así como durante algunas transiciones de electrones dentro de los átomos de un nivel a otro ( radiación característica).
La radiación de rayos X penetra fácilmente en los tejidos blandos del cuerpo humano, pero es absorbida por el calcio, que es parte de los huesos. Esto permite tomar las conocidas radiografías.
En los aeropuertos, probablemente hayas visto la acción Introscopios de televisión de rayos X- estos dispositivos iluminan el equipaje de mano y el equipaje con rayos X.
La longitud de onda de la radiación de rayos X es comparable al tamaño de los átomos y las distancias interatómicas en los cristales; por lo tanto, los cristales son rejillas de difracción naturales para rayos X... Al observar los patrones de difracción obtenidos cuando los rayos X atraviesan varios cristales, se puede estudiar el orden de disposición de los átomos en las redes cristalinas y las moléculas complejas.
Entonces, es con la ayuda de Análisis estructural de rayos X Se determinó la estructura de varias moléculas orgánicas complejas, por ejemplo, ADN y hemoglobina.
En dosis altas, los rayos X son peligrosos para los humanos: pueden causar cáncer y enfermedad por radiación.
6. Radiación gamma(radiación de sincrotrón).
En grandes dosis, la radiación gamma es muy peligrosa para los humanos: causa enfermedad por radiación y enfermedades oncológicas... Pero en pequeñas dosis, puede inhibir el crecimiento de tumores cancerosos y, por lo tanto, se usa en radioterapia.
El efecto bactericida de la radiación gamma se utiliza en agricultura(esterilización gamma de productos agrícolas antes almacenamiento a largo plazo), v Industria de alimentos(conservación de alimentos), así como en medicina (esterilización de materiales).
"Teoría de la radiación" - Radiación de un cuerpo absolutamente negro. Por lo tanto, en consecuencia y. 1.6. Teoría de Planck. Emisividad espectral de cuerpo negro. X. 1.5. Fórmula Rayleigh-Jeans. 3) Además, a partir de la fórmula de Planck, puede obtener la ley de Stefan-Boltzmann: Figura 1.2. 1.1. Luminiscencia y radiación térmica.
"Escala de radiación electromagnética" - Diferencias: Propiedades generales: ¿Cuál es la fuente de ondas electromagnéticas? ¿Qué se llama onda electromagnética? Cual es la diferencia ondas mecánicas de electromagnético? ¿A cuál de los dos tipos de ondas pertenece? Escala de radiación electromagnética. ¿Existe un fenómeno de polarización de las ondas sonoras en el aire?
"Tipos de radiación": los cuantos gamma son fotones de alta energía. Tipos de radiación. Dosis de radiación. El acto de decadencia. Primera cita. Hoy conocemos tres tipos de radiación: alfa, beta y gamma. La cantidad de esta energía transferida al cuerpo se llama dosis. Cura beta. Radiación alfa. Radiación gamma.
"Densidad de población y ubicación" - Densidad de población media por región. Tema: Alojamiento y densidad de población. La mayor densidad de población se observa en areas naturales….,…. Distribución y densidad de población: una vista desde el espacio. Mapa de densidad de población de Austria. Natural. Calculando la densidad de la población mundial usando una tabla. Ubicación y densidad de la población mundial.
Objetivos: En octavo grado, nos familiarizamos brevemente con las fuentes de luz. Átomo emocionado. Plan. Escala de radiación electromagnética. premio Nobel 1901 Radiación infrarroja. Longitud de onda 10-8 cm. Propósito. Energía. Energía reacción química... Ahora debemos familiarizarnos con la emisión de luz por los cuerpos. Wilhelm Konrad Roentgen.
"Radiación y espectros" - Quimioluminiscencia. Fotoluminiscencia. Radiación de un átomo de hidrógeno. En la naturaleza, podemos observar el espectro cuando aparece un arco iris en el cielo. El espectro de rayas consta de rayas individuales separadas por espacios oscuros. Espectros, radiación térmica. Por ejemplo, una lámpara fluorescente. Regrese al diagrama. Las fuentes de calor son: sol, llamas de fuego o lámparas incandescentes.
Pasemos ahora a considerar las propiedades y características de las ondas electromagnéticas. Una de las características de las ondas electromagnéticas es la densidad de la radiación electromagnética.
Considere una superficie con área S a través de la cual las ondas electromagnéticas transfieren energía.
La densidad del flujo de radiación electromagnética I se refiere a la relación entre la energía electromagnética W que pasa en el tiempo t a través del área de superficie S perpendicular a los rayos al producto del área S por el tiempo t.
La densidad del flujo de radiación, en SI, se expresa en vatios por metro cuadrado (W / m 2). Este valor a veces se denomina intensidad de la onda.
Después de realizar varias transformaciones, obtenemos que I = w c.
es decir, la densidad de flujo de radiación es igual al producto de la densidad de energía electromagnética por la velocidad de su propagación.
A menudo nos hemos encontrado con la idealización de fuentes reales de aceptación en la física: punto material, gas ideal, etc. Aquí conoceremos una más.
Una fuente de radiación se considera puntual si sus dimensiones son mucho menores que la distancia a la que se evalúa su efecto. Además, se supone que dicha fuente envía ondas electromagnéticas en todas las direcciones con la misma intensidad.
Consideremos la dependencia de la densidad del flujo de radiación de la distancia a la fuente.
La energía que las ondas electromagnéticas llevan consigo se distribuye sobre una superficie cada vez más grande a lo largo del tiempo. Por lo tanto, la energía transferida a través de una unidad de área por unidad de tiempo, es decir, la densidad del flujo de radiación, disminuye con la distancia a la fuente. Es posible averiguar la dependencia de la densidad del flujo de radiación de la distancia a la fuente colocando una fuente puntual en el centro de una esfera con un radio R. el área de la superficie de la esfera S = 4 n R ^ 2. Si asumimos que la fuente emite energía W
La densidad del flujo de radiación de una fuente puntual disminuye en proporción inversa al cuadrado de la distancia a la fuente.
Consideremos ahora la dependencia de la densidad del flujo de radiación con la frecuencia. Como saben, la radiación de ondas electromagnéticas se produce con el movimiento acelerado de partículas cargadas. La intensidad del campo eléctrico y la inducción magnética de una onda electromagnética son proporcionales a la aceleración. a emitiendo partículas. La aceleración armónica es proporcional al cuadrado de la frecuencia. Por lo tanto, la intensidad del campo eléctrico y la inducción magnética son proporcionales al cuadrado de la frecuencia.
La densidad de energía de un campo eléctrico es proporcional al cuadrado de la intensidad del campo. La energía del campo magnético es proporcional al cuadrado de la inducción magnética. La densidad de energía total del campo electromagnético es igual a la suma de las densidades de energía de los campos eléctrico y magnético. Por lo tanto, la densidad del flujo de radiación es proporcional a: (E ^ 2 + B ^ 2). De esto obtenemos que I es proporcional a w ^ 4.
La densidad del flujo de radiación es proporcional a la cuarta potencia de la frecuencia.
Tareas en Electrodinámica (ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS), sobre el tema
Ondas electromagnéticas y su velocidad de propagación. Energía de una onda electromagnética. Densidad de flujo de radiación. Radar
Del manual: GDZ al libro de problemas de Rymkevich para los grados 10-11 en física, décima edición, 2006
¿Es posible elegir un marco de referencia en el que la inducción del campo magnético del haz de electrones sea igual a cero?
SOLUCIÓN
El marco de referencia (ver la condición del problema anterior) se mueve con una velocidad mayor que la velocidad de los electrones en el haz. ¿Qué se puede decir sobre la dirección de las líneas de inducción de campo?
SOLUCIÓN
¿Es posible elegir un marco de referencia en el que la inducción magnética del campo de un conductor recto con corriente sea igual a cero? ¿Qué se puede decir sobre la dirección de las líneas de inducción si el marco de referencia se mueve a una velocidad mayor que la velocidad del movimiento ordenado de los electrones en el conductor?
SOLUCIÓN
¿Por qué hay interferencia cuando se acerca una tormenta eléctrica al recibir transmisiones de radio de onda media y larga?
SOLUCIÓN
¿Cuál es el período de oscilación en un circuito oscilatorio abierto que emite ondas de radio con una longitud de onda de 300 m?
SOLUCIÓN
La estación de radio transmite en una frecuencia de 75 MHz (VHF). Encuentra la longitud de onda
SOLUCIÓN
En un receptor de radio, una de las bandas de onda corta puede recibir transmisiones con una longitud de onda de 24 a 26 m. Encuentre el rango de frecuencia
SOLUCIÓN
Ajuste manual del receptor de radio, cambiamos el área de trabajo de las placas del condensador de aire de capacidad variable en el circuito oscilatorio receptor. Cómo cambia el área de trabajo de las placas al cambiar a recibir una estación que transmite en ondas más largas
SOLUCIÓN
La bobina del circuito receptor del receptor de radio tiene una inductancia de 1 μH. ¿Cuál es la capacitancia del capacitor si la estación está recibiendo, operando a una longitud de onda de 1000 m?
SOLUCIÓN
El receptor de radio está sintonizado con una estación de radio que funciona a una longitud de onda de 25 m.
SOLUCIÓN
Cuando la corriente en el inductor cambia en ΔI = 1 A durante el tiempo Δt = 0.6 s, se induce un EMF en él, igual a £ = 0.2 mV. ¿Cuál es la longitud de la onda de radio emitida por el generador, cuyo circuito oscilatorio consiste en esta bobina y un capacitor con una capacidad de C = 14.1 nF?
SOLUCIÓN
¿En qué rango de longitud de onda opera el receptor, si la capacitancia del capacitor en su circuito oscilatorio puede cambiarse suavemente de 200 a 1800 pF, y la inductancia de la bobina es constante e igual a 60 μH?
SOLUCIÓN
La corriente en el circuito oscilatorio abierto cambia dependiendo del tiempo de acuerdo con la ley: i = 0.1 cos 6 105 t. Encuentra la longitud de onda emitida
SOLUCIÓN
Determine la longitud de la onda electromagnética en el vacío, a la que se sintoniza el circuito oscilatorio, si la carga máxima del capacitor es 20 nC y la corriente máxima en el circuito es 1 A
SOLUCIÓN
¿Cuántas oscilaciones ocurren en una onda electromagnética con una longitud de onda de 300 m en un tiempo igual al período vibraciones sonoras con una frecuencia de 2000 Hz
SOLUCIÓN
La distancia más pequeña de la Tierra a Saturno es de 1,2 km. Después de cuál es el intervalo de tiempo mínimo se puede recibir información de respuesta de una nave espacial ubicada en la región de Saturno, a una señal de radio enviada desde la Tierra.
SOLUCIÓN
El repetidor del programa de televisión Orbit está instalado en el satélite de comunicaciones Raduga, que se mueve en una órbita circular a una altitud de 36.000 km sobre la superficie terrestre, ocupando una posición constante con respecto a la Tierra. ¿Cuánto tiempo viaja la señal desde la estación transmisora a los televisores del sistema Orbit?
SOLUCIÓN
¿A qué distancia de la antena del radar se encuentra el objeto si la señal de radio reflejada en él regresó después de 200 μs?
SOLUCIÓN
A una distancia de 300 m de la torre de televisión Ostankino, la densidad del flujo de radiación es máxima e igual a 40 mW / m2. ¿Cuál es la densidad de flujo de radiación a una distancia de recepción segura de 120 km?
SOLUCIÓN
La densidad de energía de una onda electromagnética es 4 10-11 J / m3. Encuentre la densidad de flujo de radiación
SOLUCIÓN
La densidad del flujo de radiación es de 6 mW / m2. Hallar la densidad de energía de una onda electromagnética
SOLUCIÓN
La fuerza máxima del campo eléctrico de una onda electromagnética. normas sanitarias no debe exceder los 5 V / m. Encuentre la densidad de flujo permisible de radiación electromagnética
SOLUCIÓN
La potencia de pulso de la estación de radar es de 100 kW. Encuentre la intensidad máxima del campo eléctrico de la onda en el punto donde el área de la sección transversal del cono de radiación es de 2,3 km2.
SOLUCIÓN
¿Cuál puede ser el número máximo de pulsos enviados por el radar en 1 s, cuando se reconoce un objetivo ubicado a una distancia de 30 km del mismo?
SOLUCIÓN
El radar opera a una longitud de onda de 15 cm y da 4000 pulsos por 1 s. La duración de cada pulso es de 2 μs. ¿Cuántas vibraciones contiene cada pulso y cuál es la profundidad del reconocimiento del localizador?
SOLUCIÓN
El tiempo de barrido horizontal del tubo de rayos catódicos del radar es de 2 ms. Encuentra la mayor profundidad de exploración
SOLUCIÓN
El radar funciona en modo pulsado. La frecuencia de repetición del pulso es de 1700 Hz y la duración del pulso es de 0,8 μs. Encuentre el rango de detección de objetivos más grande y más pequeño con este radar