ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Энергия, переносимая электромагнитной волной из "Волновая оптика " Первый член в правой части этого равенства характеризует скорость изменения энергии электромагнитного поля (AW/d.t) в исследуемом объеме. По смыслу вывода и форме записи можно сделать заключение и о втором члене равенства он определяет поток энергии сквозь поверхность, охватывающую данный объем. Тогла смысл равенства (1.25) предельно прост — оно выражает закон сохранения энергии, который в данном случае можно сформулировать следующим образом изменение энергии электромагнитного поля в каком-то объеме равно сумме работ сим этого поля и потока электромагнитной энергии сквозь поверхность, охватывающую данный объем. [c.39] Выражение (1.26) означает, что поток энергии сквозь замкну тую поверхность а, охватывающую произвольный объем диэлектрика V, равен изменению электромагнитной энергии внутри этого объема. Аналогичное соотношение, справедливое для любого вида энергии, было получено Умовым. Специально для потока электромагнитной энергии этот закон был впервые доказан Пойнтингом. [c.40] При экспериментальных исследованиях обычно проверяется его интегральная форма, выраженная равенством (1.26). Однако имеет смысл перейти к дифференциальной форме и получить право говорить о векторе плотности потока энергии S = [с/(4л)] [ЕН]. Он указывает направление распространения энергии в каждой точке пространства в данный момент времени. Он ортогонален векторам Е и Н и в изотропной среде совпадает с направлением распространения волны, т. е. с направлением луча. Следовательно, векторы Е, Н и S образуют правый винт (рис. 1.13). [c.40] Здесь и далее полагается г 1, что справедливо для большинства диэлектриков. [c.40] Таким образом, поток энергии колеблется с удвоенной частотой (по сравнению с Е или Н) вокруг среднего значения г/(8л)] Г. Е , принимая положительные значения (включая S - 0). [c.41] Мы пришли к выводу, что плотность потока энергии пропорциональна квадрату амплитуды электрического поля. Это общее и очень важное соотношение, на котором фактически основывается возможность регистрации распространяющихся электромагнитных волн различными приемниками. Практически все ггриемники света в той или иной степени инерционны. Поэтому они регистрируют среднее значение квадрата амплитуды Применяя радиофизическую терминологию, можно говорить, что приемники оптического излучения работают как квадратичные детекторы. [c.41] Рассмотрим подробнее вопрос об измерении потока лучистой энергии. Эта проблема усложнена тем, что при измерениях в видимой части спектра часто пользуются кроме обычных энергетических величин светотехническими, учитывающими зрительное восприятие света. [c.41] Все светотехнические единицы базируются на использовании силы света стандартного источника с определенным распределением энергии по спектру. Для изотропного источника световой поток связан с силой света I равенством Ф = 4п1. Поток выражают в люменах (лм), а освещенность поверхности — в люксах (1 лк = 1 лм/м ). В энергетических единицах световой поток выражают в ваттах (Вт), а освещенность — в ваттах на квадратный метр (Вт/м ). Световому потоку 1 лм соответствует разная мощность излучения в зависимости от его спектрального состава, и для установления между ними количественной связи используют таблицы или графики, характеризующие среднюю чувствительность глаза к излучению той или иной длины волны (см. рис. 1). Приводимые в справочниках коэффициенты для перевода люменов в ватты относятся к узкой спектральной области вблизи А 5550 А, где в среднем чувствительность человеческого глаза оказывается максимальной. [c.41] Ксли измеряется световой поток с1Ф, излучаемый площадкой dS во все стороны (в пределах телесного угла 2л), то величину Д = d I /dS называют свйтилгостью поверхности. Мы видим, что освещенность Е и светимость R определяют одинаковым выражением, но в первом случае измеряют поток, падающий на площадку, а но втором — излучаемый ею. [c.41] Здесь dS == os i dS — элемент поверхности, ориентированный перпендикулярно проходяихему излучению. Величину В называют яркостью. Для многих светящихся тел можно считать, что яркость не зависит от угла i между направлением потока и нормалью к поверхности. Для таких косинусных излучателей упрощается связь между светимостью и яркостью (Д = пВ). [c.42] Укажем также, что в литературе (особенно в спектроскопической) часто пользуются термином интенсивность, не имеющим четкого светотехнического определения. Важно подчеркнуть, что интенсивность излучения всегда пропорциональна яркости источника, хотя количественное определение их связи часто оказывается совсем не простым. Укажем некоторые характерные особенности таких измерений. [c.42] С помощью различных оптических устройств можно перераспределить световой поток по некоторым избранным направлениям, но нельзя увеличить исходную яркость источника, определяющую полный световой поток, испускаемый данной поверхностью. Более того, за счет поглощения, неизбежно происходящего во всех оптических системах, в результате такого перераспределения обязательно потеряется часть полного потока. [c.42] При измерениях следует иметь в виду, что некоторые приемники радиации (фотоэлектрические, термоэлектрические и др.) реагируют на поток, тогда как большая группа других приемников (в первую очередь фотохимические) измеряет не поток, а создаваемую им освещенность поверхности приемника. В частности, освещенность сетчатки человеческого глаза определяет его реакцию на свет. [c.42] Следовате.п.но, измерение потока лучистой энергии всегда требует тщательного анализа условий эксперимента. К сказанному нужно добавить, что большинство приемников радиации селективно, т. е. неодинаково реагирует на излучение различных длин волн. Это также надо учитывать при опытах, проводимых для сравнения потока лучистой энергии в разных участках спектра. Еще большие трудности возникают в том случае, когда измеряют абсолютное значение светового потока или создаваемую им освеп1енность. Для этого необходимо проградуировать используемый приемник радиации, что совсем не просто. [c.43] Мы кратко рассмотрели принципы регистрации электромагнитных волн оптического диапазона. В результате неизбежно возникает вопрос как можно использовать распространение электромагнитной энергии в виде волны Бесспорно, что одним из главных приложений эгого физического процежса является передача сигнала, содержащего ту или иную информацию. Однако эта процедура требует более подробного обсуждения. [c.43] Вернуться к основной статье