2.3. Энергия электромагнитной волны

Объемная плотность энергии электромагнитного поля в линейной изотропной среде равна сумме объемных плотностей энергии электрического и магнитного полей [см. Конспект лекций по физике, ч.II, формулы (5.17) и (11.17) соответственно], поэтому

(12)

С учетом соотношений (11) и (4) из (12) следует, что

, (13)

где v – скорость распространения электромагнитной волны в среде.

В случае плоской линейно поляризованной монохроматической волны (9) объемная плотность энергии волны

(14)

т.е значение w в каждой точке поля периодически изменяется от 0 до w_макс=Е₀Н₀/v за промежуток времени p¤w=T ¤ 2. Среднее значение объемной плотности энергии волны

(15)

Умножив w [см.(13)] на v, получим величину плотности потока энергии

S=wv=EH . (16)

Т.к. векторы , и взаимно перпендикулярны и образуют правую тройку векторов, то направление вектора ´совпадает с направлением переноса энергии – с направлением вектора . Поэтому (16) можно записать в векторной форме

.

Вектор плотности потока энергии (иногда обозначают) направлен в сторону распространения электромагнитной волны, а его модуль равен энергии, переносимой волной за единицу времени, через единичную площадку, перпендикулярную направлению распространения волны [см. в параграфе 1.6 рис. 2 и формулы (17), (18)]. S измеряется в Дж/(с?м²)=Вт/м².

Заметим, что в общем случае

, (18)

где u – скорость переноса энергии или групповая скорость.

Для гармонических волн u=v [см.(1.14)] и поэтому можно не различать их.

Интенсивность волны (19)

С учетом (15 ), (11) следует, что для вакуума (e=m=1)

W₀, (20)

где W₀=(m₀ /e₀)^-1/2 =120p Ом.