3.4.5. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Пример 1. Плоская электромагнитная волна распространяется в однородной и изотропной среде с e = 2 и m = 1. Амплитуда напряженности электрического поля волны Е0 = 12 В/м. Определить: 1) фазовую скорость волны; 2) амплитуду напряженности магнитного поля волны.

Дано: e = 2;    m = 1;    Е0 = 12 В/м.

Определить: 1) v;    2) Н0.

Решение. Фазовая скорость электромагнитных волн равна:

,

где с = 3×108 м/с – скорость распространения света в вакууме.

В бегущей электромагнитной волне мгновенные значения Е и Н в любой точке связаны соотношением:

.

Тогда для амплитуд напряженностей электрического и магнитного полей волны

,

откуда искомая амплитуда напряженности магнитного поля волны равна:

.

Вычисляя, получим: 1) v = 2,12×108 м/с;    2) Н0 = 45 мА/м.

Пример 2. В вакууме вдоль оси x распространяется плоская электромагнитная волна. Интенсивность волны, т.е. средняя энергия, проходящая через единицу поверхности за единицу времени, составляет 21,2 мкВт/м2. Определить амплитуду напряженности электрического поля волны.

Дано: e = 1;    m = 1;    I = 21,2 мкВт/м2 = 2,12×10-5 Вт/м2.

Определить Е0.

Решение. Так как интенсивность электромагнитной волны определена как средняя энергия, проходящая через единицу поверхности за единицу времени, то

,                                                              (1)

где j – модуль вектора плотности потока электромагнитной энергии – модуль вектора Умова-Пойнтинга.

Согласно определению,

,

где Е и Н – соответственно мгновенные значения напряженностей электрического и магнитного полей волны, описываемые уравнениями:

;

.

Здесь Е0 и Н0 – соответственно амплитуды напряженностей электрического и магнитного полей волны; w – круговая частота;  – волновое число (j – начальная фаза колебаний, принятая равной нулю).

Мгновенное значение модуля вектора Умова-Пойнтинга равно:

,

а его среднее значение

                                                    (2)

(учли, что ). Записав

,

получим:

                                            (3)

(учли, что электромагнитная волна распространяется в вакууме).

Подставив (3) в (2) и учитывая (1), найдем искомую амплитуду напряженности электрического поля волны:

.

Вычисляя, получим: Е0 = 126 мВ/м.