Главная > ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ (И.Е.Иродов)
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

Перенос энергии электромагнитной волной сопровождается и переносом импульса. Согласно теории относительности, импульс объекта с нулевой массой покоя, движущегося со скоростью света, $p=W / c$, где $W$ – его энергия (это по-существу верно и для электромагнитной волны как потоку фотонов). Поскольку в случае электромагнитной волны масса покоя «объекта равна нулю, связь между энергией и импульсом будет такой же:
\[
p=w / c
\]

где $p$ и $w$ – плотности импульса и энергии, т. е. величины, отнесенные к единице объема. Умножив числитель и знаменатель правой части равенства (2.26) на $c$, получим в числителе, согласно (2.22), плотность потока энергии ( $w c$ ), которая в свою очередь равна модулю вектора Пойнтинга. Таким образом, в векторном виде
\[
\mathbf{p}=[\mathrm{EH}] / c^{2} .
\]

Если падающая нормально на поверхность некоторого тела электромагнитная волна полностью поглощается этим телом, то единице площади поверхности тела сообщается за промежуток времени $\mathrm{d} t$ импульс, заключенный в цилиндре с площадью сечения, равной единице, и высотой $c \mathrm{~d} t$, т. е. $\mathrm{d} p=(w / c) c \mathrm{~d} t$. Но импульс, сообщаемый единице поверхности в единицу времени, $\mathrm{d} p / \mathrm{d} t$, равен давлению $p^{*}$ на поверхность тела. Поэтому для поглощающей поверхности давление $p^{*}=w, \mathrm{H} / \mathrm{m}^{2}$. В случае гармонической волны эта величина пульсирует с достаточно большой частотой, и практически представляет интерес лишь ее среднее значение по времени:
\[
p^{\star}=\langle w\rangle .
\]

Для идеально отражающей поверхности давление будет в два раза больше.

Рассмотрим более детально механизм передачи импульса телу, т. е. как возникает давление. Электрическое поле волны возбуждает в теле ток плотности $\mathbf{j}=\sigma \mathbf{E}$, а магнитное поле волны будет действовать на $\mathbf{j}$ в соответствии с законом Ампера – с силой, объемная плотность которой равна
\[
\mathbf{F}_{\text {eд }}=[\mathbf{j B}]=\sigma[\mathbf{E B}]
\]

откуда следует, что сила направлена в сторону распространения волны.

Надо иметь в виду, что электромагнитная волна оказывает давление не только внутри вещества (при условии, что удельная проводимость $\sigma
eq 0$ ), но и при отражении от поверхности, так что
\[
p^{\star}=\langle w\rangle(1+R),
\]

где $R$ – коэффициент отражения, т. е. отношение интенсивности отраженной волны к интенсивности падающей.

Давление, вычисленное по формуле (2.28), оказывается в обычных условиях очень малым. Например, солнечный свет оказывает давление порядка $10^{-5}$ Па (атмосферное давление $\approx 10^{5}$ Па). Измерить такое давление экспериментально очень трудно. Впервые это удалось П. Н. Лебедеву (в 1900 г.). Его измерения дали значение, согласующееся с теорией с точностью до $20 \%$. Позднее эти измерения повторил Герлах (в 1923 г.), достигнув точности до $2 \%$.

Тот факт, что электромагнитное поле обладает импульсом, предписывает при составлении баланса импульсов частиц учитывать и импульс электромагнитного поля. Только при этом с законом сохранения импульса будет все в порядке.

Categories

1
Оглавление
email@scask.ru