La densité de flux de rayonnement est égale. Densité de flux de rayonnement électromagnétique – Hypermarché du savoir

La densité du flux de rayonnement peut varier dans certaines directions de rayonnement. La quantité d'énergie émise dans la direction /, déterminée par l'angle ty avec la normale à la surface n (Fig. 16.1) par unité de surface élémentaire par unité de temps à l'intérieur d'un angle solide élémentaire unitaire 4o, est appelée densité de rayonnement angulaire.  

La densité du flux de rayonnement peut varier dans certaines directions de rayonnement. La quantité d'énergie émise dans une certaine direction /, déterminée par l'angle r ] avec la normale à la surface n (Fig. 16 - 1) unité d'une zone élémentaire par unité de temps à l'intérieur d'un angle solide élémentaire do, est appelée la densité angulaire du rayonnement.  

La densité du flux de rayonnement est proportionnelle à la quatrième puissance de la fréquence.  

La densité de flux de rayonnement E est une caractéristique intégrale relative à toute la gamme de longueurs d'onde. La densité de flux de rayonnement spectral EI dE / dhB caractérise la répartition de l'énergie du rayonnement sur les longueurs d'onde.  

La densité du flux de rayonnement incident sur l'écran, E (intensité d'éclairage ou simplement éclairage) change en raison de la déviation des rayons.  

La densité du flux de rayonnement est déterminée par les flux directs et réfléchis. L'ampleur du flux réfléchi dépend de la distance entre la source et les surfaces réfléchissantes.  

La densité de flux de rayonnement est la quantité d'énergie de rayonnement passant par unité de temps à travers une unité de surface dans un angle solide hémisphérique.  

La densité du flux de rayonnement dépend de l'angle d'incidence des ondes sur la surface du corps, car avec un angle d'incidence croissant, le même flux de rayonnement est réparti sur une surface de plus en plus grande.  

La densité de flux de rayonnement d'un gaz dans son ensemble est la somme des densités de flux de rayonnement de toutes les bandes de son spectre.  

La densité de flux de rayonnement d'un faisceau laser est caractérisée par le rapport entre la puissance de sortie totale et la surface du point chauffant au foyer. Une augmentation de la densité de flux jusqu'à 105 - 106 W / cm2 et sa répartition sur un point chauffant d'un diamètre de 0,25 - 0,5 mm conduit à la formation d'un canal étroit dans la phase liquide, à travers lequel le rayonnement pénètre profondément dans le volume du matériau à couper. La présence de cette phase dans les produits de destruction est une caractéristique du traitement laser des métaux. Il semble assez complexe et doit être construit en tenant compte des phénomènes thermiques et hydrodynamiques.  

Efo - densité de flux de rayonnement correspondant à l'angle φ ; dQ est l'angle solide élémentaire sous lequel une zone élémentaire à la surface d'un hémisphère ayant un centre en ce point est visible depuis un point donné du corps rayonnant ; f est l'angle entre la normale à la surface rayonnante et la direction du rayonnement. Pour les corps réels, la loi de Lambert n'est satisfaite qu'approximativement.  

Fnat est la densité de flux du rayonnement de fuite qui atteint le point de détection après avoir parcouru au moins une partie de son trajet initial à travers la protection. Cette considération ne prend pas en compte les particules ou quanta dont la trajectoire de diffusion peut être classiquement désignée comme suit : source - charge - protection - charge - détecteur. Cela signifie que le matériau de protection peut être considéré comme un corps complètement noir pour le rayonnement provenant de la charge.  

Le concept de densité de flux de rayonnement n'est associé à aucune idée de la direction du rayonnement, de sorte que cette quantité est destinée à caractériser des émetteurs de même luminosité dans n'importe quelle direction.  

Densité de flux un rayonnement électromagnétique / appelle la relation énergie électromagnétique W passant au temps t par une surface d'aire S perpendiculaire aux rayons, au produit de l'aire S et du temps t :

En fait c'est le pouvoir un rayonnement électromagnétique(énergie par unité de temps) traversant une unité de surface. La densité de flux de rayonnement en SI est exprimée en watts par mètre carré(W/m2). Cette quantité est parfois appelée intensité des vagues.

Exprimons I en termes de densité d'énergie électromagnétique et de vitesse de propagation c. Choisissons une surface d'aire S, perpendiculaire aux rayons, et construisons dessus un cylindre de génératrice c t comme base (Fig. 7.6). Volume du cylindre V=Sc t. Énergie électrique champ magnétiqueà l'intérieur du cylindre est égal au produit de la densité d'énergie et du volume : W = c tS. Toute cette énergie va passer par la base droite du cylindre au temps t. Par conséquent, à partir de la formule (7.1), nous obtenons

c'est à dire. densité de flux de rayonnement est égal au produit de la densité de l’énergie électromagnétique et de la vitesse de sa propagation.

Trouvons la dépendance de la densité de flux de rayonnement sur la distance à la source. Pour ce faire, nous devons introduire un autre nouveau concept.

Dépendance de la densité de flux de rayonnement sur la distance à une source ponctuelle. L’énergie véhiculée par les ondes électromagnétiques se répartit sur une surface de plus en plus grande au fil du temps. Par conséquent, l’énergie transmise à travers la surface d’une zone unique par unité de temps, c’est-à-dire la densité de flux de rayonnement, diminue avec la distance à la source.

Plaçons une source ponctuelle au centre d'une sphère de rayon R. La surface de la sphère est S = 4 R 2 . Si l’on suppose que la source émet l’énergie totale W dans toutes les directions pendant le temps t, alors

La densité du flux de rayonnement provenant d'une source ponctuelle diminue en proportion inverse du carré de la distance à la source.

Dépendance de la densité du flux de rayonnement sur la fréquence. L'émission d'ondes électromagnétiques se produit lors du mouvement accéléré de particules chargées (voir § 48). Tension champ électrique et l'induction magnétique d'une onde électromagnétique sont proportionnelles à l'accélération des particules rayonnantes. Accélération à vibrations harmoniques proportionnelle au carré de la fréquence. Par conséquent, l’intensité du champ électrique et l’induction magnétique sont également proportionnelles au carré de la fréquence :

La densité énergétique du champ électrique est proportionnelle au carré de l’intensité du champ. Comme on peut le montrer, l’énergie du champ magnétique est proportionnelle au carré de l’induction magnétique. Densité énergétique totale Champ électromagnétiqueégale à la somme des densités d’énergie des champs électrique et magnétique. Compte tenu de la formule (7.2), la densité de flux de rayonnement

La densité du flux de rayonnement est proportionnelle à la quatrième puissance de la fréquence.

VECTEUR DE POINTAGE- vecteur de densité de flux d'énergie el-magnétique. champs (dans le système SGH), où E Et N - tension électrique et mag. des champs. P.v. modulo égal à la quantité d'énergie transférée à travers une unité de surface perpendiculaire à S , par unité de temps. Puisque les composants tangentiels à l’interface entre deux milieux E Et N continu, vecteur S continue à la frontière de deux milieux. Densité de quantité de mouvement d'el-magn. les champs sont déterminés par le vecteur S /c 2 . Ce ratio révèle la matérialité d’el-magn. des champs. P.v. fait partie du tenseur de densité énergie-impulsion Champ électromagnétique. Le concept de P. v. a été introduit dans le théorème de Poynting 10 ans après la formulation générale par N.A. Umov (1874) du concept de flux d'énergie dans un milieu, donc P.v. dans la littérature, on l'appelle souvent vecteur d'Umov-Poynting.

Ce qui est commun à toutes les ondes (quelle que soit leur nature), c’est que lors de leur propagation, de l’énergie est transférée sans que de la matière soit transférée.

L'énergie transférée par une onde électromagnétique est constituée de l'énergie des champs électriques et magnétiques.

Densité apparente w L'énergie d'une onde électromagnétique est constituée des densités volumiques des champs électriques et magnétiques : (4.1)

En tenant compte de l'expression (3.5), nous constatons que la densité d'énergie des champs électriques et magnétiques à chaque instant est la même, c'est-à-dire = . C'est pourquoi (4.2)

Multiplier la densité énergétique w pour la vitesse v propagation des ondes dans le milieu, on obtient le module de densité de flux énergétique : (4.3)

Puisque les vecteurs E Et N sont perpendiculaires entre eux et forment un système à droite avec la direction de propagation de l'onde, puis la direction du vecteur [FR] coïncide avec la direction du transfert d'énergie, et la grandeur de ce vecteur est égale à Hein.Vecteur de densité de flux d'énergie électromagnétique appelé Vecteur Umov-Poynting : S=. (4.4)

Le vecteur S est dirigé dans la direction de propagation de l'onde électromagnétique et son module est égal à l'énergie transférée par l'onde électromagnétique par unité de temps à travers une unité de surface perpendiculaire à la direction de propagation de l'onde.

L'intensité est liée au vecteur de Poynting par la relation :

Ondes électromagnétiques transférer de l'énergie d'une zone de l'espace à une autre. Le transfert d'énergie se produit le long de rayons - des lignes imaginaires indiquant la direction de propagation des ondes. La caractéristique énergétique la plus importante des ondes électromagnétiques est la densité de flux de rayonnement. Imaginons une plateforme d'aire S située perpendiculairement aux rayons. Supposons que pendant le temps t, l'onde transfère de l'énergie W à travers cette zone. En d'autres termes, la densité de flux de rayonnement est l'énergie transférée à travers une unité de surface (perpendiculaire aux rayons) par unité de temps ; ou, ce qui revient au même, est la puissance de rayonnement transférée à travers une seule zone. L'unité de mesure de la densité de flux de rayonnement est le W/m2. La densité de flux de rayonnement est liée par une relation simple avec la densité d'énergie du champ électromagnétique. On fixe l'aire S, perpendiculaire aux rayons, et une courte période de temps t. L'énergie traversera la zone : W = ISt. Cette énergie sera concentrée dans un cylindre de surface de base S et de hauteur ct, où c est la vitesse de l'onde électromagnétique. Le volume de ce cylindre est égal à : V = Sct. Par conséquent, si w est la densité d'énergie du champ électromagnétique, alors pour l'énergie W on obtient également : W = wV = wSct. En égalisant les membres droits des formules et en les réduisant par St, on obtient la relation : I = wc. La densité de flux de rayonnement caractérise notamment le degré d'influence du rayonnement électromagnétique sur ses récepteurs ; Lorsqu’ils parlent de l’intensité des ondes électromagnétiques, ils font référence à la densité du flux de rayonnement. Une question intéressante est de savoir comment l’intensité du rayonnement dépend de sa fréquence. Supposons qu'une onde électromagnétique soit émise par une charge effectuant des oscillations harmoniques le long de l'axe X selon la loi x = x0 sin iet. La fréquence cyclique w des oscillations de charge sera en même temps la fréquence cyclique de l'onde électromagnétique émise. Pour la vitesse et l'accélération de la charge nous avons : v = X = x0sh cos wt et a = v = -x0sh2 sin wt. Comme nous le voyons, a ~ w2. L'intensité du champ électrique et l'induction du champ magnétique dans une onde électromagnétique sont proportionnelles à l'accélération de la charge : E ~ a et B ~ a. Par conséquent, E ~ w2 et B ~ w2. La densité d'énergie du champ électromagnétique est la somme de la densité d'énergie du champ électrique et de la densité d'énergie du champ magnétique : w = wel + wMarH. La densité d'énergie du champ électrique, comme nous le savons, est proportionnelle au carré de l'intensité du champ : w^ ~ E2. De même, on peut montrer que wMarH ~ B2. Par conséquent, w^ ~ w4 et wMarH ~ w4, donc w ~ w4. Selon la formule, la densité de flux de rayonnement est proportionnelle à la densité d'énergie : I ~ w. Par conséquent, je ~ wA. Nous avons obtenu un résultat important : l'intensité du rayonnement électromagnétique est proportionnelle à la puissance quatre de sa fréquence. Un autre résultat important est que l’intensité du rayonnement diminue avec l’augmentation de la distance par rapport à la source. Cela est compréhensible : après tout, la source rayonne dans des directions différentes, et à mesure que l'on s'éloigne de la source, l'énergie émise se répartit sur une surface de plus en plus grande et zone plus grande. La dépendance quantitative de la densité de flux de rayonnement sur la distance à la source est facile à obtenir pour la source de rayonnement dite ponctuelle. Une source ponctuelle de rayonnement est une source dont les dimensions peuvent être négligées dans une situation donnée. De plus, une source ponctuelle est supposée rayonner de manière égale dans toutes les directions. Bien sûr, une source ponctuelle est une idéalisation, mais pour certains problèmes, cette idéalisation fonctionne très bien. Par exemple, lors de l'étude du rayonnement des étoiles, elles peuvent être considérées comme des sources ponctuelles - après tout, les distances aux étoiles sont si énormes que leurs propres tailles peuvent être ignorées. A une distance r de la source, l'énergie émise est uniformément répartie sur la surface d'une sphère de rayon r. L'aire de la sphère, rappelons-le, est S = 4nr2. Si la puissance de rayonnement de notre source est P, alors pendant le temps t, l'énergie W = Pt traverse la surface de la sphère. En utilisant la formule, on obtient alors : = Pt = P 4 nr2t 4 nr2 Ainsi, l'intensité du rayonnement d'une source ponctuelle est inversement proportionnelle à la distance qui la sépare. Types de rayonnement électromagnétique Le spectre des ondes électromagnétiques est inhabituellement large : la longueur d'onde peut être mesurée en milliers de kilomètres, soit moins qu'un picomètre. Cependant, l'ensemble de ce spectre peut être divisé en plusieurs plages de longueurs d'onde caractéristiques ; Au sein de chaque gamme, les ondes électromagnétiques ont des propriétés et des modes d’émission plus ou moins similaires.

Billet

1) Les lignes indiquent les directions de propagation des ondes électromagnétiques. Les lignes perpendiculaires à la surface, en tous points desquelles des vibrations se produisent dans les mêmes phases, sont appelées rayons. Et ces surfaces sont appelées surfaces d’ondes.

La densité de flux du rayonnement électromagnétique est le rapport de l’énergie électromagnétique ∆W traversant une surface de surface S perpendiculaire aux rayons, pendant le temps ∆t, au produit de S par ∆t.
je = ∆W/(S*∆t)
Unité de densité Flux magnétique dans le système SI sont des watts par mètre carré (W/m^2). Exprimons la densité de flux à travers la vitesse de sa propagation et la densité d'énergie électromagnétique.
Prenons une surface S perpendiculaire aux rayons. Construisons dessus un cylindre de base c*∆t.
Ici c est la vitesse de propagation de l’onde électromagnétique. Le volume du cylindre est calculé par la formule :
∆V = S*c*∆t.
L'énergie du champ électromagnétique concentré à l'intérieur du cylindre sera calculée à l'aide de la formule suivante :
∆W = ∆V*ω.
Ici ω est la densité d'énergie électromagnétique. Cette énergie va traverser la base droite du cylindre dans le temps ∆t. On obtient la formule suivante :
Je = (ω*c*S*∆t)/(S*∆t) = ω*c.
L'énergie diminuera à mesure que vous vous éloignerez de la source. Le modèle suivant sera vrai, la dépendance de la densité de courant sur la distance à la source. La densité de flux du rayonnement dirigé depuis une source ponctuelle diminuera en proportion inverse du carré de la distance jusqu'à la source.
Je = ∆W/(S*∆t) = (∆W/(4*pi∆t))*(1/R^2).
Les ondes électromagnétiques sont émises par le mouvement accéléré de particules chargées. Dans ce cas, l'intensité du champ électrique et le vecteur d'induction magnétique de l'onde électromagnétique seront directement proportionnels. accélération des particules.
Si l'on considère les oscillations harmoniques, alors l'accélération sera directement proportionnelle au carré de la fréquence cyclique. La densité énergétique totale du champ électromagnétique sera égale à la somme de la densité énergétique du champ électrique et de l’énergie du champ magnétique.
Selon la formule I = ω*c, la densité de flux est proportionnelle à la densité d'énergie totale du champ électromagnétique.

Dépendance de la densité de flux de rayonnement sur la distance à une source ponctuelle. L’énergie véhiculée par les ondes électromagnétiques se répartit sur une surface de plus en plus grande au fil du temps. Par conséquent, l’énergie transmise à travers la surface d’une zone unique par unité de temps, c’est-à-dire la densité de flux de rayonnement, diminue avec la distance à la source.
Plaçons une source ponctuelle au centre d'une sphère de rayon R. La surface de la sphère est S = 4 R 2 . Si l’on suppose que la source émet l’énergie totale W dans toutes les directions pendant le temps t, alors

La densité du flux de rayonnement provenant d'une source ponctuelle diminue en proportion inverse du carré de la distance à la source.

Dépendance de la densité du flux de rayonnement sur la fréquence. L'émission d'ondes électromagnétiques se produit lors du mouvement accéléré de particules chargées (voir § 48). L'intensité du champ électrique et l'induction magnétique d'une onde électromagnétique sont proportionnelles à l'accélération des particules rayonnantes. L'accélération lors des vibrations harmoniques est proportionnelle au carré de la fréquence. Par conséquent, l’intensité du champ électrique et l’induction magnétique sont également proportionnelles au carré de la fréquence :

2) Réseau de diffraction - instrument optique, conçu pour analyser la composition spectrale du rayonnement optique. Un réseau de diffraction est constitué de milliers de fentes étroites et rapprochées. En raison des interférences, l’intensité de la lumière traversant le réseau de diffraction est différente selon les directions. Il existe des espaces dédiés dans lesquels les ondes lumineusesà partir de différentes fentes, les grilles s'additionnent en phase, se renforçant plusieurs fois. Lorsque le réseau est éclairé par une lumière monochromatique, des faisceaux étroits de haute intensité sont observés à sa sortie. Puisque les directions vers les maxima d’interférence dépendent de la longueur d’onde, lumière blanche, passant à travers le réseau de diffraction, sera divisé en plusieurs rayons couleur différente. De cette façon, nous pouvons étudier la composition spectrale de la lumière. L'expression des maxima d'interférence est la même pour une paire de fentes et un réseau de diffraction, mais dans ce dernier cas, le maximum s'avère beaucoup plus net et intense, fournissant une haute résolution dans les études spectroscopiques.

EXEMPLE : L'un des exemples les plus simples et les plus courants de réseaux de diffraction réfléchissants dans la vie quotidienne est un disque compact. Sur la surface du CD se trouve une piste en forme de spirale avec un pas de 1,6 microns entre spires. Environ un tiers de la largeur (0,5 µm) de cette piste est occupé par un évidement (ce sont les données enregistrées), qui diffuse la lumière incidente sur celle-ci, et environ les deux tiers (1,1 µm) sont un substrat intact qui reflète la lumière. lumière.

3) Réactions thermonucléaires− réactions de fusion (synthèse) de noyaux légers se produisant à hautes températures. Ces réactions impliquent généralement une libération d'énergie, car dans le noyau plus lourd formé à la suite de la fusion, les nucléons sont plus fortement liés, c'est-à-dire ont, en moyenne, une énergie de liaison plus élevée que dans les noyaux d'origine en fusion. L’excès d’énergie de liaison totale des nucléons est libéré sous la forme énergie cinétique produits de réaction. Le nom « réactions thermonucléaires » reflète le fait que ces réactions se produisent à des températures élevées ( > 10 7 –10 8 K), car pour la fusion, les noyaux légers doivent se rapprocher des distances égal au rayon Actions forces nucléaires l'attraction, c'est-à-dire à des distances de ≈10 -13 cm. Et en dehors de la zone d'action de ces forces, les noyaux chargés positivement subissent une répulsion coulombienne. Seuls les noyaux volant les uns vers les autres à grande vitesse peuvent surmonter cette répulsion, c'est-à-dire inclus dans des environnements très chauffés, ou spécialement accélérés.

La réaction de fusion nucléaire commence lorsque les noyaux en collision se trouvent dans la région de leur attraction nucléaire mutuelle. Pour se rapprocher aussi près, les noyaux en collision doivent surmonter leur répulsion électrostatique mutuelle à longue portée, c'est-à-dire Barrière coulombienne.

Barrière coulombienne - Les noyaux atomiques ont un positif charge électrique. À grande distance, leurs charges peuvent être protégées par des électrons. Cependant, pour que la fusion des noyaux se produise, ils doivent se rapprocher les uns des autres à une distance à laquelle s'opère une forte interaction. Cette distance est de l'ordre de la taille des noyaux eux-mêmes et plusieurs fois taille plus petite atome. À de telles distances, les couches électroniques des atomes (même si elles étaient préservées) ne peuvent plus protéger les charges des noyaux, elles subissent donc une forte répulsion électrostatique. La force de cette répulsion, conformément à la loi de Coulomb, est inversement proportionnelle au carré de la distance entre les charges. À des distances de l'ordre de la taille des noyaux, l'ampleur de l'interaction forte, qui tend à les lier, commence à augmenter rapidement et devient supérieure à l'ampleur de la répulsion coulombienne.