Intensitas, tekanan dan impuls gelombang elektromagnetik. Optik gelombang

Tujuan pembelajaran: memperkenalkan dan merumuskan konsep intensitas, tekanan dan impuls gelombang elektromagnetik; secara teoritis dan eksperimental mendukung konsep-konsep ini.

Tujuan Pembangunan: meningkatkan kemampuan berpikir kritis dan kemampuan bernalar dengan analogi; kemampuan untuk menerapkan pengetahuan teoritis untuk menjelaskan fenomena fisik.

Tujuan pendidikan: mengembangkan karakteristik kepribadian berkemauan keras, motivasi dan toleran.

Alat didaktik:

Myakishev G.Ya. Fisika: Buku Ajar. untuk kelas 11 pendidikan umum institusi/ G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev.– M.: Pendidikan, 2004.
Kasyanov V.A. Fisika. kelas 11: Pendidikan. untuk kelas 11 pendidikan umum buku pelajaran perusahaan. – M.: Bustard, 2002.
Ringkasan pelajaran versi elektronik; klip video percobaan demonstrasi.
Satu set untuk mempelajari gelombang elektromagnetik (diproduksi oleh JSC NPK Computerlink), voltmeter, miliammeter, sumber tegangan yang dapat disesuaikan.

5.1. Perkenalan

Guru. Hari ini kita akan melanjutkan perkenalan kita dengan karakteristik yang paling penting gelombang elektromagnetik sebagai benda material. Perpindahan energi oleh gelombang dicirikan oleh besaran khusus yang disebut intensitas. Gelombang elektromagnetik yang jatuh pada suatu rintangan memberikan tekanan padanya. Dalam hal ini, hambatan memperoleh momentum; oleh karena itu, radiasi elektromagnetik itu sendiri mempunyai momentum. Tekanan dan momentum gelombang elektromagnetik yang tersedia bagi kita dapat diabaikan, sehingga kita tidak akan dapat mengukurnya dalam eksperimen pendidikan. Namun, kita akan dapat menjelaskan keberadaannya dan memperkirakan nilai besaran yang bersangkutan.

5.2. Intensitas Gelombang Elektromagnetik

Guru. Ingat bagaimana gelombang harmonik ditulis secara matematis dan bagaimana energinya dinyatakan.

Siswa. Persamaan ketegangan Medan listrik dalam gelombang elektromagnetik harmonik mempunyai bentuk Di mana

dan kepadatan energinya:

ω = ε 0 ε E 2 . (5.2)

Guru. Hasil kali rapat energi dan kecepatan gelombang disebut kerapatan fluks energi permukaan j= ω υ .

Siswa. Apakah kita benar-benar harus mengingat hal ini dalam jangka panjang?!

Guru. Tentu saja tidak. Tapi entah kenapa penulis buku pelajaran sekolah sangat menyukainya, jadi jika ingin mendapatkannya pendidikan yang lebih tinggi, kenali istilah ini dan varian familiarnya "kepadatan aliran energi", suka atau tidak suka, Anda harus mengingatnya.

Siswa. Maka Anda setidaknya perlu memahami dari mana asalnya.

Guru. Gelombang yang merambat secara normal melalui suatu daerah S selama T, menempati volume V = sυt(Gbr. 5.1). Karena rapat energi sama dengan energi per satuan volume: ω = B/V, – maka rapat fluks energi permukaan dapat dituliskan sebagai:

Rasio Energi Gelombang W Pada waktunya T waktu yang dilaluinya melalui permukaan disebut aliran energi. Dan perbandingan aliran energi dengan luas permukaan yang dilaluinya secara alami dapat disebut kerapatan fluks energi permukaan.

Siswa. Sekarang jelas bahwa ini hanyalah energi yang ditransfer oleh gelombang per satuan waktu melalui suatu satuan luas, atau daya radiasi yang melewati suatu satuan luas.

Guru. Cari tahu bagaimana kerapatan fluks energi permukaan gelombang elektromagnetik bergantung pada frekuensinya.

Siswa. Dari rumus (5.1), (5.2) dan (5.3) kita peroleh:

Karena kosinus di sini dikuadratkan, kerapatan fluks energi permukaan gelombang elektromagnetik berosilasi pada frekuensi dua kali frekuensi gelombang. Bagaimana cara mengukur nilai ini?

Guru. Mereka tidak mengukur nilai sesaat, tetapi nilai rata-rata waktu dari kerapatan fluks energi, yang disebut intensitas gelombang. Anda telah mengetahui dengan baik bahwa nilai rata-rata kuadrat cosinus adalah 1/2. Menggantikannya ke rumus sebelumnya dan memperhitungkan ekspresi untuk E m(5.1) dan setelah transformasi kecil dapat diperoleh intensitas gelombang harmonik sama dengan

Di mana K– koefisien konstan. Analisis hasil ini.

Siswa. Dari rumus (5.4) dapat disimpulkan bahwa intensitas gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh osilator harmonik, jika hal-hal lain dianggap sama, sebanding dengan pangkat empat frekuensinya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak yang ditempuh gelombang.

Guru. Berikan pilihan lain untuk mendefinisikan intensitas gelombang dan jelaskan secara kualitatif mengapa intensitas gelombang elektromagnetik sebanding dengan pangkat empat frekuensinya.

Siswa. Intensitas gelombang adalah energi rata-rata terhadap waktu W cp melewati satuan luas per satuan waktu:

Artinya intensitasnya sebanding dengan energi gelombang J ~ W lih. Dan energinya sebanding dengan kuadrat kuat medan listrik W Rabu ~ E m 2. Pada gilirannya, kuat medan listrik sebanding dengan percepatan muatan yang memancarkan gelombang E m ~ saya, dan percepatannya sebanding dengan kuadrat frekuensi osilasi muatan saya~ ω 2 . Oleh karena itu intensitas sebanding dengan pangkat empat frekuensi:

J ~ W Rabu ~ E m 2 ~ saya 2 ~ ω 4. (5.6)

Guru. Perjelas apa nilai tegangan dan percepatan yang anda maksud.

Siswa. Kita berbicara tentang amplitudo kuat medan listrik E m gelombang elektromagnetik dan amplitudo percepatan saya muatan yang berosilasi secara harmonis.

Guru. Mengapa intensitas berbanding terbalik dengan kuadrat jarak?

Siswa. Karena kuat medan listrik gelombang elektromagnetik yang ditimbulkan oleh muatan yang berosilasi berbanding terbalik dengan jarak ke muatan, dan intensitas gelombang sebanding dengan kuadrat intensitasnya.

5.3. Studi eksperimental radiasi dipol

Guru. Kita akan mempelajari secara eksperimental ketergantungan intensitas gelombang elektromagnetik pada jarak ke vibrator yang memancar. Untuk melakukan ini, di sebelah lampu dipol penerima (2,5 V; 0,15 A) kita akan menempatkan lampu pijar yang sama persis, menghubungkannya melalui ammeter ke sumber tegangan konstan yang dapat disesuaikan dan menyalakan voltmeter secara paralel dengan lampu referensi ini. Mari kita atur jarak antara dipol pemancar dan penerima menjadi 10 cm dan, dengan menyesuaikan tegangan sumber, pastikan kecerahan lampu referensi sama dengan kecerahan lampu penerima (Gbr. 5.2, A). Maka kita dapat mengatakan bahwa daya yang dilepaskan pada lampu referensi sama dengan daya yang dilepaskan pada lampu penerima. Hitung itu.

Siswa. Instrumen menunjukkan bahwa arus dan tegangan pada lampu referensi masing-masing sama SAYA 1 = 0,111 A dan kamu 1 = 1,8 V yang berarti daya yang dibutuhkan P 1 = kamu 1 SAYA 1 = 0,20W.

Guru. Sekarang mari kita jauhkan dipol penerima pada jarak 20 cm dari dipol pemancar, ulangi pengukuran dan tarik kesimpulan.

Siswa. Telah terjadi SAYA 2 = 0,087 A dan kamu 2 = 1,2 V (Gbr. 5.2, B), Itu sebabnya P 2 = kamu 2 SAYA 2 = 0,10W. Sikap P 1 / P 2 sama dengan dua, bukan empat, seperti yang Anda duga! Apakah memang ada kesalahan dalam teorinya?

Guru. Sebelum mengubah teori, mari kita lihat apakah kondisi eksperimen sesuai dengan data awalnya. Mari kita ingat bahwa ketika mempertimbangkan perambatan energi dari dipol yang memancar, kita secara diam-diam berasumsi bahwa energi tersebut terpancar secara merata ke segala arah. Dengan kata lain, kita berasumsi bahwa dipol adalah sumber isotropik. Dalam hal ini, energi elektromagnetik didistribusikan secara merata ke seluruh permukaan bola. Karena luas bola S= 4π R 2 sebanding dengan kuadrat jari-jarinya, maka daya per satuan luas, yaitu Intensitas gelombang berbanding terbalik dengan kuadrat jarak.

Siswa. Penting untuk menyelidiki bagaimana dipol memancar arah yang berbeda, lalu menarik kesimpulan tentang intensitas radiasi.

Guru. Saya menempatkan dipol penerima sejajar dengan dipol pemancar sehingga kecerahan lampunya menjadi maksimal, dan memindahkannya mengelilingi lingkaran yang berpusat di tengah dipol pemancar (Gbr. 5.3). Buatlah kesimpulan dari hasil percobaan tersebut.

Siswa. Di semua titik lingkaran, lampu dipol penerima menyala dengan intensitas yang sama. Artinya pada semua arah yang tegak lurus terhadap dipol radiasi, intensitas gelombang elektromagnetiknya sama.

Guru. Sekarang saya memindahkan dan memutar dipol penerima pada bidang yang melewati dipol pemancar (Gbr. 5.4). Saya melakukan ini agar dipol penerima, yang bergerak membentuk lingkaran dengan pusat dipol pemancar, diarahkan secara tangensial ke lingkaran ini. Apa yang Anda amati dan kesimpulan apa yang Anda dapatkan?

Siswa. Lampu menyala semakin sedikit seiring dengan perputaran dipol penerima terhadap dipol pemancar. Artinya dipol yang dihubungkan dengan generator menghasilkan radiasi maksimum pada arah tegak lurus dipol, dan tidak meradiasi sama sekali pada arah dipol itu sendiri.

Guru. Jika dalam sistem koordinat kutub kita memplot ketergantungan intensitas gelombang elektromagnetik pada sudut antara dipol dan arah radiasi, kita akan memperoleh pola radiasi dipol setengah gelombang seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5.4 (panjang anak panah sebanding dengan intensitas). Sekarang kembali ke percobaan di mana kita mengukur ketergantungan intensitas gelombang elektromagnetik pada jarak, dan coba jelaskan hasilnya.

Siswa. Eksperimen yang baru saja dilakukan menunjukkan bahwa dipol bukanlah sumber gelombang elektromagnetik isotropik: radiasi merambat terutama pada bidang yang tegak lurus terhadap dipol yang memancar dan melewati pusatnya. Artinya energi radiasi di dekat dipol tidak jatuh pada permukaan bola, melainkan pada permukaan silinder. Luas permukaan lateral silinder sebanding dengan jari-jarinya. Oleh karena itu, intensitas radiasi dipol berbanding terbalik bukan dengan kuadrat jarak, tetapi hanya dengan jarak ke sumber.

Guru. Perhatikan bahwa penerima tidak isotropik: sensitivitasnya juga bergantung pada arah jatuhnya gelombang. DI DALAM model teoretis kami berasumsi sumber dan penerima bersifat seperti titik dan isotropik. Tidak sulit untuk menyadari bahwa kondisi model ini akan terpenuhi jika jarak antara sumber dan penerima jauh melebihi ukurannya.

5.4. Tekanan dan Momentum Gelombang Elektromagnetik

Guru. Eksperimen menunjukkan bahwa gelombang elektromagnetik mentransfer energi, yang berarti bahwa ketika jatuh pada rintangan, ia harus memberikan tekanan pada rintangan tersebut. Cukup sulit untuk mendapatkan rumus yang sesuai dengan benar, jadi kami akan menggunakannya analogi hidrodinamik. Bayangkan air mengalir melalui pipa dengan luas penampang S dengan kecepatan u (Gbr. 5.5). Kerapatan energi dalam air yang bergerak jelas sama dengan ω = W/V = mu 2 /(2V) = ρ kamu 2 /2, di mana ρ adalah massa jenis air. Tiba-tiba bukaan pipa ditutup dengan katup. Apa yang terjadi?

Siswa. Air di dekat katup berhenti dan berkontraksi. Bagian depan kompresi merambat dengan kecepatan deformasi elastis υ menuju air yang bergerak. Kecepatan υ adalah kecepatan gelombang elastis atau kecepatan suara dalam air.

Guru. Benar. Mari kita terapkan hukum kekekalan momentum pada fenomena yang sedang dibahas. Dalam waktu singkat τ katup menghentikan volume air SUτ dengan massa ρ SUτ, yang meneruskan impuls ρ ke peredam SUτ kamu. Dalam hal ini, suatu gaya bekerja pada peredam F, yang momentumnya sama Fτ. Menyamakan dua ekspresi terakhir, setelah dikurangi waktu τ kita memperoleh persamaan ρ Su = F. Oleh karena itu, tekanan aliran air yang tiba-tiba berhenti adalah sama dengan P = F/S = ρ kamu.

Siswa. Namun cepat rambat bunyi di dalam air adalah 1500 m/s, apakah tekanannya benar-benar meningkat sebesar itu?

Guru. Benar sekali, dan fenomena ini disebut guncangan hidrodinamik. Omong-omong, teorinya diciptakan oleh rekan senegaranya N.E. Zhukovsky. Tapi jangan sampai kita terganggu. Misalkan air dalam pipa mengalir dengan kecepatan gelombang elastis u = υ . Apa yang berikut ini?

Siswa. Maka tekanan yang dihasilkan adalah P = ρ kamu = ρ kamu 2. Karena rapat energi dalam air yang mengalir adalah ω = ρ kamu 2/2, maka kita harus menyimpulkan bahwa tekanan pada saat air tiba-tiba berhenti adalah P= 2ω.

Guru. Anda baru saja menemukan rumus tekanan yang diberikan pada benda yang memantulkan cahaya sepenuhnya akibat gelombang normal elastis yang menimpa benda tersebut. Namun jika rumus ini berlaku untuk gelombang elastis, mengapa tidak berasumsi bahwa rumus ini juga berlaku untuk gelombang elektromagnetik?

Siswa. Maka kita dapat berasumsi bahwa gelombang elektromagnetik memberikan tekanan pada penghalang atau cermin yang memantulkannya sama dengan dua kali kepadatan energi gelombang datang. Jika gelombang merambat dalam ruang hampa, maka kecepatannya υ = C dan memperhitungkan ekspresi intensitas J= ω cр υ = ω cр Dengan. (5.5) kita memiliki:

P= 2ω cр = 2 J/c. (5.7)

Guru. Karena gelombang elektromagnetik memberikan tekanan, maka ia pasti mempunyai momentum. Cobalah mencari rumus denyut radiasi elektromagnetik. Untuk melakukan ini, perhatikan pantulan ledakan singkat radiasi elektromagnetik dari cermin.

Siswa. Jika pulsa gelombang elektromagnetik adalah p, maka pada refleksi penuh dari cermin pada waktu t perubahan momentumnya adalah 2 P. Cermin pada saat bersamaan T mendapat momentum Kaki = PSt = 2P. Sejak tekanan P = 2J/c(5.7), kemudian, dengan mengganti persamaan ini ke dalam rumus sebelumnya, kita memperoleh impuls gelombang elektromagnetik p = J/c St.

Guru. Sekali lagi mengingat ungkapan intensitas J = W lih / St(5.5), kita dapatkan

P = W lih / Dengan. (5.8)

Jadi, momentum gelombang elektromagnetik yang merambat dalam ruang hampa sama dengan energi rata-rata gelombang terhadap waktu dibagi dengan kecepatan cahaya dalam ruang hampa.

5.5. Mengapa gelombang elektromagnetik memberikan tekanan?

Guru. Sekarang kita perlu mengetahui alasan fisik mengapa gelombang elektromagnetik memberikan tekanan. Di seberang dipol pemancar, saya menempatkan dipol penerima dengan lampu pijar. Buktikan bahwa dalam medan elektromagnetik, gaya bekerja pada dipol searah dengan rambat gelombang.

Siswa. Di bawah pengaruh medan listrik gelombang, elektron masuk ke dipol penerima gerak osilasi. Dalam hal ini, terdapat variabel melintasi dipol listrik, terbukti dengan nyala lampu. Tapi dari mana kekuatan itu berasal?

Guru. Jangan lupa bahwa dalam gelombang elektromagnetik, selain gelombang listrik juga terdapat medan magnet.

Siswa. Mengerti! Tentang arus dalam penghantar dari samping Medan gaya Gaya Ampere bekerja (Gbr. 5.6). Untuk menentukan arahnya, kita menerapkan aturan tangan kiri. Ternyata kekuatan itu F dipol bertindak searah dengan arah rambat gelombang elektromagnetik. Di paruh periode berikutnya arus bolak-balik pada dipol arah induksi akan berubah ke arah sebaliknya, namun arah gaya Ampere tidak berubah.

Guru. Perhitungan, yang tidak akan kita lakukan, menunjukkan bahwa nilai rata-rata waktu gaya Lorentz yang bekerja pada elektron, yaitu per satuan luas konduktor pemantul, persis sama dengan ekspresi (5.7). Oleh karena itu, analogi hidrodinamik (Gambar 5.5), yang kami gunakan dalam model teoritis, cukup tepat.

5.6. Kesimpulan

Guru. Hal baru apa yang Anda pelajari dalam pelajaran ini? Apa yang telah kamu pelajari? Apa yang paling mengesankan bagi Anda?

Siswa. Kita mempelajari apa itu intensitas, tekanan, dan momentum gelombang elektromagnetik dan bagaimana keterkaitannya satu sama lain. Kami menemukan bagaimana intensitas bergantung pada frekuensi dan jarak yang ditempuh gelombang. Kami belajar secara eksperimental menentukan intensitas radiasi elektromagnetik. Analogi antara aliran air dan rambat gelombang sangatlah menarik. Eksperimen yang menentukan distribusi spasial intensitas radiasi elektromagnetik dari dipol cukup meyakinkan.

Guru. Seperti biasanya, pekerjaan rumah diberikan kepada mereka yang tertarik untuk melakukannya, atau kepada mereka yang ingin mengulangi apa yang telah dipelajari, mempelajari hal-hal baru, memperdalam pengetahuan dan keterampilannya. Anda akan menemukan materi untuk menyelesaikan tugas di buku teks fisika dan ringkasan pelajaran versi elektronik.

Artikel ini disiapkan dengan dukungan dari bank kuliah www.Siblec.Ru. Jika Anda memutuskan untuk memperoleh atau memperluas pengetahuan Anda di berbagai bidang ilmu pengetahuan dan teknologi, maka solusi optimal akan pergi ke situs web www.Siblec.Ru. Dengan mengklik link: “kuliah fisika”, Anda dapat, tanpa menghabiskan banyak waktu, mendapatkan akses ke kuliah fisika dan disiplin ilmu lainnya. Bank kuliah www.Siblec.Ru terus diperbarui, sehingga Anda selalu dapat menemukan materi segar dan relevan.

Tentukan kerapatan fluks radiasi permukaan. Apa yang dimaksud dengan sumber titik radiasi elektromagnetik? Bagaimana kerapatan fluks radiasi bergantung pada frekuensi dan jarak ke sumber? [ G.Ya.Myakishev, § 50; V.A.Kasyanov, § 49.]
Berapa intensitas gelombang elektromagnetik? Bagaimana intensitas bergantung pada frekuensi gelombang? Menurut hukum apa intensitas gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh suatu sumber titik berkurang? [ G.Ya.Myakishev, § 50; V.A.Kasyanov, § 49.]
Bagaimana tekanan dan momentum gelombang elektromagnetik ditentukan? Apa inti percobaan P.N. Lebedev untuk menentukan tekanan cahaya? [ G.Ya.Myakishev, § 92; V.A.Kasyanov, § 50.]
Turunkan rumus (5.4) untuk intensitas gelombang elektromagnetik harmonik. [OKE.]
Bagaimana cara membuktikan secara eksperimental bahwa dipol yang memancar bukanlah sumber gelombang elektromagnetik isotropik? [OKE.]
Kekuatan radiasi sumber gelombang elektromagnetik isotropik titik adalah 2 W. Berapakah intensitas pada jarak 1 m dari sumber?
Pada suatu daerah tertentu intensitas radiasi elektromagnetiknya adalah 1 W/m2. Berapakah kuat medan listrik dan induksi medan magnet pada daerah tersebut?

Sangat sulit untuk menggantikan sinar matahari bagi tanaman. Cobalah menyalakan lampu di ruangan pada hari yang cerah, dan Anda akan memahami betapa sedikitnya cahaya yang dapat diberikan kepada tanaman.

Bagi mata manusia, cahaya adalah gelombang energi yang berkisar antara 380 nanometer (nm) (ungu) hingga 780 nm (merah). Panjang gelombang yang penting untuk fotosintesis terletak antara 700 nm (merah) dan 450 nm (biru). Hal ini sangat penting untuk diketahui saat menggunakan pencahayaan buatan, karena dalam hal ini tidak ada pemerataan gelombang panjang yang berbeda seperti di bawah sinar matahari. Selain itu, karena desain lampunya, beberapa bagian spektrum mungkin lebih intens dibandingkan bagian lainnya. Selain itu, mata manusia lebih baik dalam mengamati gelombang dengan panjang gelombang yang tidak terlalu cocok untuk tumbuhan. Akibatnya, beberapa pencahayaan mungkin tampak menyenangkan dan cerah bagi kita, tetapi bagi tanaman, pencahayaan tersebut tidak sesuai dan lemah.

Intensitas cahaya di dalam dan di luar ruangan

Intensitas cahaya yang jatuh pada suatu bidang tertentu diukur dalam satuan “lux”. Di musim panas, saat siang hari cerah, intensitas cahaya di garis lintang kita mencapai 100.000 lux. Pada sore hari, kecerahan cahaya berkurang hingga 25.000 lux. Pada saat yang sama, di tempat teduh, tergantung kepadatannya, nilainya hanya sepersepuluh atau bahkan kurang.

Di dalam rumah, intensitas penerangannya bahkan lebih sedikit, karena cahaya tidak langsung jatuh ke sana, melainkan dilemahkan oleh rumah atau pepohonan lain. Di musim panas, di jendela selatan, tepat di belakang kaca (yaitu di ambang jendela), intensitas cahayanya mencapai skenario kasus terbaik dari 3000 hingga 5000 lux, dan dengan cepat menurun menuju tengah ruangan. Pada jarak 2-3 meter dari jendela akan menjadi sekitar 500 lux.

Jumlah minimum cahaya yang dibutuhkan setiap tanaman untuk bertahan hidup adalah sekitar 500 lux. Dalam cahaya yang lebih lemah, ia pasti akan mati. Bahkan untuk kehidupan normal dan pertumbuhan tanaman bersahaja dengan sedikit kebutuhan cahaya, diperlukan minimal 800 lux.

Bagaimana cara mengukur iluminasi?

Mata manusia tidak mampu menentukan intensitas cahaya secara absolut karena memiliki kemampuan beradaptasi terhadap pencahayaan. Selain itu, mata manusia lebih baik dalam melihat gelombang dengan panjang yang tidak terlalu cocok untuk tanaman.

Apa yang harus dilakukan? Perangkat khusus - pengukur lux - dapat membantu. Saat membelinya, sangat penting untuk memperhatikan rentang spektrum cahaya (panjang gelombang) yang dapat diukur. Jika tidak, mungkin saja saat mengukur Anda akan mendapatkan panjang gelombang yang tidak sesuai untuk tanaman. Ingat - lux meter, meskipun lebih akurat daripada mata manusia, juga mendeteksi gelombang cahaya dalam rentang terbatas.

Kamera atau pengukur eksposur foto cocok untuk menilai intensitas cahaya. Namun karena saat memotret, pencahayaan tidak diukur dalam “lux”, Anda harus melakukan penghitungan ulang yang sesuai.

Pengukuran dilakukan sebagai berikut:

1. Atur ISO ke 100 dan Aperture ke 4.

2. Taruh Daftar putih kertas di tempat Anda ingin mengukur intensitas cahaya, dan arahkan kamera ke sana.

3. Tentukan kecepatan rana.

4. Penyebut kecepatan rana dikalikan 10 akan menghasilkan perkiraan nilai lux.

Contoh: jika waktu pemaparan adalah 1/60 detik, ini setara dengan 600 lux.

Berdasarkan bahan:

Paleeva T.V. “Bungamu. Perawatan dan pengobatan", M.: Eksmo, 2003;

Anita Paulisen “Bunga di Rumah”, M.: Eksmo, 2004;

Vorontsov V.V. “Merawat tanaman dalam ruangan. Saran praktis untuk pecinta bunga”, M.: ZAO “Fiton+”, 2004;

Bespalchenko E. A. “Tropis tanaman hias untuk rumah, apartemen dan kantor", LLC PKF "BAO", Donetsk, 2005;

D. Gosse, “Bahkan matahari membutuhkan bantuan”, majalah “Vestnik Florist”, No.3, 2005.

Jadi, dalam optik geometris, gelombang cahaya dapat dianggap sebagai seberkas sinar. Namun sinar itu sendiri hanya menentukan arah rambat cahaya di setiap titik; Pertanyaannya tetap mengenai distribusi intensitas cahaya di ruang angkasa.

Mari kita pilih elemen yang sangat kecil pada salah satu permukaan gelombang berkas yang ditinjau. Dari geometri diferensial diketahui bahwa setiap permukaan pada setiap titik mempunyai dua, secara umum, jari-jari utama kelengkungan yang berbeda.

Misalkan (Gbr. 7) adalah elemen lingkaran utama kelengkungan yang digambar pada elemen permukaan gelombang tertentu. Kemudian sinar-sinar yang melalui titik a dan c akan berpotongan di pusat kelengkungan yang bersesuaian, dan sinar-sinar yang melalui b dan d akan berpotongan di pusat kelengkungan yang lain.

Untuk sudut bukaan tertentu, sinar yang memancar dari panjang segmen sebanding dengan jari-jari kelengkungan yang bersesuaian (yaitu panjang dan); luas suatu elemen permukaan sebanding dengan hasil kali panjangnya, yaitu proporsional Dengan kata lain, jika kita menganggap suatu elemen permukaan gelombang dibatasi oleh sejumlah sinar tertentu, maka ketika bergerak sepanjang elemen tersebut, luasnya adalah elemen ini akan berubah secara proporsional.

Di sisi lain, intensitas, yaitu kerapatan fluks energi, berbanding terbalik dengan luas permukaan yang dilalui sejumlah energi cahaya. Jadi, kita sampai pada kesimpulan bahwa intensitas

Rumus ini harus dipahami sebagai berikut. Pada setiap sinar tertentu (AB pada Gambar 7) terdapat titik-titik tertentu dan , yang merupakan pusat kelengkungan semua permukaan gelombang yang memotong sinar tersebut. Jarak titik O dari perpotongan permukaan gelombang dengan sinar ke titik-titik tersebut adalah jari-jari kelengkungan permukaan gelombang di titik O. Jadi, rumus (54.1) menentukan intensitas cahaya di titik O pada sinar tertentu sebagai fungsi dari jarak ke titik-titik tertentu pada sinar ini. Kami menekankan bahwa rumus ini tidak cocok untuk membandingkan intensitas pada titik berbeda pada permukaan gelombang yang sama.

Karena intensitas ditentukan oleh kuadrat modulus medan, maka untuk mengubah medan itu sendiri sepanjang sinar kita dapat menulis:

dimana dalam faktor fasa R dapat dipahami sebagai keduanya dan besarannya berbeda satu sama lain hanya dengan faktor konstan (untuk balok tertentu), karena perbedaannya , jarak antara kedua pusat kelengkungan, adalah konstan.

Jika kedua jari-jari kelengkungan permukaan gelombang bertepatan, maka (54.1) dan (54.2) berbentuk

Hal ini terjadi, khususnya, selalu dalam kasus ketika cahaya dipancarkan oleh sumber titik (permukaan gelombang kemudian bola konsentris, a R - jarak ke sumber cahaya).

Dari (54.1) kita melihat bahwa intensitasnya mencapai tak terhingga di titik-titik, yaitu di pusat kelengkungan permukaan gelombang. Menerapkan ini pada semua sinar dalam berkas, kita menemukan bahwa intensitas cahaya dalam berkas tertentu mencapai tak terhingga, secara umum, pada dua permukaan - tempat kedudukan geometris semua pusat kelengkungan permukaan gelombang. Permukaan ini disebut kaustik. Dalam kasus khusus seberkas sinar dengan permukaan gelombang bola, kedua kaustik bergabung menjadi satu titik (fokus).

Perhatikan bahwa, berdasarkan sifat lokus pusat kelengkungan suatu keluarga permukaan yang diketahui dari geometri diferensial, sinar menyentuh kaustik.

Harus diingat bahwa (dengan permukaan gelombang cembung) pusat kelengkungan permukaan gelombang mungkin tidak terletak pada sinar itu sendiri, tetapi pada perluasannya di luar sistem optik tempat sinar itu berasal. Dalam kasus seperti ini kita berbicara tentang kaustik imajiner (atau fokus imajiner). Dalam hal ini, intensitas cahaya tidak mencapai tak terhingga dimanapun.

Adapun untuk mengubah intensitas menjadi tak terhingga, pada kenyataannya tentu saja intensitas pada titik-titik kaustik menjadi besar, namun tetap terbatas (lihat soal pada § 59). Konversi formal ke tak terhingga berarti bahwa pendekatan optik geometris menjadi tidak dapat diterapkan di dekat kaustik. Keadaan yang sama juga terkait dengan fakta bahwa perubahan fasa sepanjang sinar dapat ditentukan dengan rumus (54.2) hanya pada bagian sinar yang tidak termasuk titik kontak dengan kaustik. Di bawah (dalam § 59) akan ditunjukkan bahwa pada kenyataannya, ketika melewati kaustik, fase medan berkurang sebesar . Artinya jika pada penampang sinar sebelum menyentuh kaustik pertama medannya sebanding dengan pengali – koordinat sepanjang sinar tersebut), maka setelah melewati kaustik medannya akan sebanding.Hal yang sama juga terjadi di dekat titik kontak kaustik kedua, dan di luar titik ini medannya akan proporsional

Seseorang membutuhkan pencahayaan tidak hanya untuk orientasi dan melakukan tindakan apa pun dalam kegelapan, tetapi juga untuk pemeliharaan kesehatan psikologis, kenyamanan. Di samping itu, pencahayaan buatan memungkinkan pekerja untuk tetap menjalankan tugasnya pada sore dan malam hari. Namun, Anda sebaiknya memilih luminer dan lampu berdasarkan karakteristiknya, yang paling penting adalah efisiensi cahaya, yang diukur dalam lumen per watt (lm/W). Di dalam ruangan itu sendiri, penting juga untuk mengontrol tingkat pencahayaan dan, dengan mempertimbangkan hal ini, memilih sumbernya.

Jenis cahaya

Yang paling berguna dan pencahayaan yang aman tentu saja alami. Warnanya hangat dan tidak membahayakan mata.

Catatan! Dalam hal parameternya, ini paling dekat dengan tipe ini Ada lampu pijar yang bercirikan pancaran sinar kemerahan. Mereka tidak menyebabkan iritasi mata dan hampir identik dalam spektrum yang dipancarkan cahaya alami dari sinar matahari yang masuk ke dalam ruangan melalui jendela.

Perkembangan teknologi menyebabkan munculnya banyak pilihan perangkat penerangan, sehingga dalam membeli sebaiknya memperhatikan ciri-ciri yang tertera pada kemasan lampu.

Informasi tambahan. Oleh karena itu, cahaya hangat disarankan untuk ditempatkan di apartemen atau bangunan tempat tinggal, netral – untuk penerangan kantor dan bengkel produksi. Dingin - efektif digunakan di ruangan tempat pekerjaan dengan bagian-bagian kecil dilakukan. Ini juga sering digunakan di daerah beriklim subtropis, di mana warna ini menciptakan rasa sejuk.

Dengan demikian, pilihan bola lampu tidak hanya mempengaruhi penerangan ruangan, tetapi juga keadaan moral dan psikologis seorang karyawan di tempat kerja atau seseorang di apartemen.

Karakteristik fluks bercahaya

Saat membeli bola lampu, pembeli seringkali tidak mengetahui atau tidak memikirkan jawaban atas pertanyaan bagaimana cahaya diukur, padahal indikator tersebut cukup banyak:

keluaran cahaya;
Kekuatan cahaya;
Intensitas;
Kecerahan.

Semua ini properti fisik fluks bercahaya, yang dapat diukur dengan alat khusus, harus diperhitungkan dalam wajib saat merencanakan pencahayaan ruangan (menghitung jumlah perangkat penerangan yang dibutuhkan di setiap ruangan atau kantor), karena hal ini mempengaruhi kesehatan mata dan sistem saraf.

Keluaran cahaya

Output bercahaya adalah yang paling banyak parameter penting. Ini mencerminkan rasio fluks cahaya yang dipancarkan oleh bola lampu atau perangkat lain dengan daya yang dikonsumsi. Oleh karena itu, satuan pengukurannya adalah lumen per watt (lm/W). Parameter ini memungkinkan Anda untuk mengevaluasi efisiensi ekonomi metode pencahayaan.

Semakin tinggi efisiensi cahaya, semakin efisien energi yang digunakan, yang berarti biayanya utilitas publik, yang menjadi sangat relevan dalam konteks pertumbuhan tarif yang konstan. Karena alasan ini, lampu hemat energi, yang memberikan rasio lm/W tertinggi, sangat populer.

Kekuatan cahaya

Ciri-ciri radiasi tidak hanya pada keluaran cahayanya, tetapi juga gaya perpindahan energinya dari satu titik di ruang ke titik lain dalam jangka waktu tertentu. Perlu diperhatikan bahwa intensitas cahaya dapat mengubah arah pergerakan tergantung pada kondisi yang diatur oleh alat yang menghasilkan aliran tersebut.

Parameter ini dapat diukur dalam candela.

Penting! Saat memilih lampu, Anda juga harus memperhatikan parameter yang dijelaskan, hanya saja hubungannya tidak langsung seperti dalam hal efisiensi cahaya. Tingkat kekuatan harus dipilih berdasarkan nilai standar yang harus dimiliki oleh satuan kecerahan permukaan bercahaya. Indikator ini juga dapat ditemukan dalam berbagai standar Kode bangunan dan aturan. Ini bervariasi tergantung pada tujuan ruangan, konfigurasinya, dan sebagainya.

Intensitas cahaya

Ciri ini sering disebut iluminasi atau saturasi. Ini mewakili rasio fluks cahaya dengan luas benda tempat ia jatuh. Satuan kecerahan permukaan bercahaya ini diukur dalam lux.

Kecerahan

Intensitas cahaya dibagi satuan luas disebut luminansi. Itu diukur dalam candela per meter persegi. Sumbernya menyebarkan radiasi yang menerangi area tertentu. Semakin tinggi areanya, semakin besar pula kecerahan cahayanya. Parameter ini juga mencirikan efisiensi sumber penerangan, dan pengukurannya diperlukan untuk menghitungnya jumlah yang dibutuhkan perangkat penerangan di dalam ruangan dan, karenanya, rancang lokasi dan kabelnya.

Jadi, fluks cahaya memiliki beberapa parameter, dan tidak selalu jelas parameter mana yang harus diperhatikan saat membeli perangkat penerangan. Sulit bagi konsumen rata-rata untuk memahami apa itu efisiensi cahaya, perbedaan saturasi dengan kecerahan, dan sebagainya. Selain itu, satuan ukuran yang tertera pada kotak juga tidak informatif bagi yang belum tahu: lm/W, cd, cd/sq.m, semua ini tampak seperti hieroglif, yang tidak jelas berapa banyak bola lampu dan dengan karakteristik apa yang perlu Anda beli. Oleh karena itu, untuk menghitung jumlah perlengkapan penerangan, disarankan untuk menggunakan layanan profesional atau kalkulator khusus yang dapat ditemukan di Internet.

Video

Sekarang mari kita hitung energi total yang dipancarkan muatan selama percepatan. Secara umum, mari kita ambil kasus percepatan sewenang-wenang, namun mengingat gerak tersebut non-relativistik. Ketika percepatan diarahkan, katakanlah, secara vertikal, Medan listrik radiasi sama dengan hasil kali muatan dan proyeksi percepatan terbelakang, dibagi jarak. Jadi, kita mengetahui medan listrik di suatu titik, dan dari sini kita mengetahui energi yang melewati suatu satuan luas dalam .

Besarannya sering ditemukan dalam rumus perambatan gelombang radio. Nilai kebalikannya dapat disebut impedansi vakum (atau resistansi vakum); itu setara . Oleh karena itu daya (dalam watt per meter persegi) adalah kuadrat rata-rata lapangan dibagi 377.

Menggunakan rumus (29.1) untuk medan listrik kita peroleh

, (32.2)

di mana daya pada , dipancarkan pada suatu sudut . Seperti yang sudah disebutkan, berbanding terbalik dengan jarak. Mengintegrasikan, kita dapatkan dari sini kekuatan penuh, terpancar ke segala arah. Untuk melakukan ini, pertama-tama kita kalikan dengan luas strip bola, kemudian kita mendapatkan aliran energi dalam interval sudut (Gbr. 32.1). Luas strip dihitung sebagai berikut: jika jari-jarinya sama dengan , maka tebal strip tersebut adalah , dan panjangnya adalah , karena jari-jari strip berbentuk lingkaran adalah . Jadi, luas stripnya adalah

(32.3)

Gambar 32.1. Luas cincin pada bola adalah .

Mengalikan fluks [daya dengan , menurut rumus (32.2)] dengan luas pita, kita menemukan energi yang dipancarkan dalam rentang sudut dan ; Selanjutnya Anda perlu mengintegrasikan semua sudut dari hingga:

(32.4)

Saat menghitung, kami menggunakan persamaan dan sebagai hasilnya kita mendapatkan. Dari sini akhirnya

Ada beberapa hal yang perlu disampaikan mengenai ungkapan ini. Pertama-tama, karena ada sebuah vektor, maka dalam rumus (32.5) artinya, yaitu kuadrat dari panjang vektor tersebut. Kedua, rumus (32.2) untuk aliran mencakup percepatan yang memperhitungkan penundaan, yaitu percepatan pada saat energi yang sekarang melewati permukaan bola dipancarkan. Mungkin timbul gagasan bahwa energi sebenarnya dipancarkan tepat pada saat yang ditentukan. Tapi ini tidak sepenuhnya benar. Momen emisi tidak dapat ditentukan secara tepat. Dimungkinkan untuk menghitung hasil hanya dari gerakan seperti itu, seperti osilasi, dll., yang percepatannya akhirnya hilang. Akibatnya, kita hanya dapat menemukan aliran energi total untuk seluruh periode osilasi, sebanding dengan kuadrat rata-rata percepatan selama periode tersebut. Oleh karena itu, pada (32.5) berarti rata-rata waktu percepatan kuadrat. Untuk gerak seperti itu, ketika percepatan di awal dan di akhir menjadi nol, total energi yang terpancar sama dengan integral waktu dari persamaan (32.5).

Mari kita lihat rumus (32.5) yang diberikan untuk sistem berosilasi, yang percepatannya berbentuk . Rata-rata percepatan kuadrat selama suatu periode adalah (saat mengkuadratkan, kita harus ingat bahwa sebenarnya, alih-alih eksponen, bagian riilnya, kosinus, harus dimasukkan, dan rata-ratanya diberikan):

Karena itu,

Rumus-rumus ini diperoleh relatif baru - pada awal abad ke-20. Ini adalah formula yang luar biasa, mereka memiliki efek yang sangat besar makna historis, dan ada baiknya membacanya di buku fisika lama. Benar, sistem satuan yang berbeda digunakan di sana, dan bukan sistem SI. Namun, pada hasil akhir yang berkaitan dengan elektron, komplikasi ini dapat dihilangkan dengan menggunakan aturan selanjutnya korespondensi: besaran muatan elektron (dalam coulomb), sebelumnya ditulis sebagai . Sangat mudah untuk memverifikasi bahwa dalam sistem SI nilainya secara numerik sama dengan , karena kita mengetahuinya Dan . Berikut ini kita akan sering menggunakan notasi yang mudah digunakan (32.7)

Jika nilai numerik ini disubstitusikan ke dalam rumus lama, maka semua besaran lain di dalamnya dapat dianggap terdefinisi dalam sistem SI. Misalnya rumus (32.5) sebelumnya berbentuk . Dan energi potensial proton dan elektron pada jarak adalah atau , dimana SI.