Fizika | Középiskola » Az elektromágneses hullámok fizikai tulajdonságai

Az elektromágneses hullámok fizikai tulajdonságai Elektromágneses hullámnak a forrásáról leváló elektromágneses mezőt neveztük. Mivel ez a mező testektől függetlenül létezik, de képes kölcsönhatásba lépni velük, ezért anyagnak, az anyag egyik változatának tekintjük. 1. Az elektromágneses mező az anyag egyik változata Ha a mező egy töltött testet gyorsít, akkor annak energiát és lendületet ad. Az energiamegmaradás és a lendület-megmaradás miatt a mezőnek kell, hogy legyen energiája és lendülete is. Ha lendülete van a mezőnek, akkor tömegének is kell lennie 2. Az elektromos mezőnek van lendülete, tömege és energiája 3. A mező dinamikai jellemzői: a) Az elektromágneses mező energiája: Az elektromágneses mező energiasűrűsége: ρ e,m  ε0 2 1 2 E  B 2 2μ0 Olyan kicsi V térrész energiája, amelyen belül a mező homogén We,m  ρe,m  ΔV Az energia terjedését a Poynting-vektor

(teljesítménysűrűség-vektor) írja le: A hullám c  1 μ0 ε0 sebességgel terjed, akkor nyilván a hullám energiája is. A Föld elektromágneses hullámok formájában kapja az energiát. 1 m2-re átlagosan 1400 J energia érkezik másodpercenként. b.) A fény nyomása A vízsugárnak van tömege, lendülete, energiája. Ha vízsugár ér egy felületre, akkor nyomást fejt ki rá. Ugyanígy az elektromágneses sugárzás is nyomást fejt ki az őt visszaverő vagy az őt elnyelő anyagra. A fény nyomása (ugyanúgy, mint a gázoké) a falnak adott lendületből származik Kiszámítható, hogy a fénynyomás nagysága: p  ε0 EB μ0 Kicsinysége miatt nagyon nehéz a jelenséget kimutatni. Először Lebegyevnek sikerült 1901-ben egy az ábrán látható berendezéssel. Vákuumban torziós szálra függesztett rúdra egy tükröt tett. Megfelelő ütemben periodikusan fényt bocsátva a tükörre, a tükör lengésbe jön (rezonancia). Az üstökös csóva

porszemcséit a fény nyomása hajtja a nappal szemközti oldalra. A Napból a Földre érkező N sugárzás sugárnyomása átlagosan 105 2 . m A csillagok belsejében ez a sugárnyomás egyensúlyozza ki a gravitációt. A műholdak pályáját is befolyásolja a sugárnyomás. c. ) A mező impulzusa Az elektromágneses mező lendületsűrűsége (térfogategységben lévő lendület): Ha V térfogat elemben a mezők homogének, akkor a V térfoga impulzusa A Napból másodpercenként 1,27  109 kgm lendület érkezik a Földre az elektromágneses s sugárzással. d.) A mező tömege I  m v mc  gΔV  ε0EBΔV  ε0EB ΔV  m g  ε0EB c  m S A hullám által A felületen alatt átszállított energia: W = S·A·Δt  g g S 1 1 W ΔV  A  Δt  c  gAΔt  2  AΔt  2 S  A  Δt  2 W  2 c c c c c c  1  EB  EB  μ0 S  S μ0   g  ε0μ0  S  2 c g  ε0EB  1 1 c  2

 μ0 ε0 c μ0 ε0 W  mc2  E  mc2 A sugárzás tömege és energiája közötti kapcsolat. t idő Tehát a mező tömege arányos az energiájával. m  E c2 A modern fizikában kiderült, hogy ez az összefüggés bármely anyagfajtára érvényes. Ez azt jelenti, hogy a sugárforrások tömege a kisugárzott elektromágneses sugárzás tömegével csökken, vagyis a sugárforrás tömegcsökkenése egyenesen arányos a kisugárzott energiával. A Nap sugárzása miatt másodpercenként 4,4109 kg tömeget veszít