Энергия световой волны

Эфирная среда обладает свойствами упругого тела, так как в ней свободно распространяются поперечные волны. Хотя она не обладает упругостью формы, но ей присуща объемная упругость.

Кроме механических колебаний, эфитоны среды под воздействием внешних электрических и магнитных сил могут изменять свою ориентацию в пространстве. Эфитоны, на которые воздействуют эти силы, совершают вынужденные развороты по электрической и магнитной составляющим не только сами, но и одновременно заставляют изменять свою ориентацию соседних с ними эфитонов. Такие изменения ориентации эфитонов распространяется в эфирной среде в виде электромагнитной волны.

Таким образом, эфирная волна одновременно представляет собой диалектическое единство механической волны колебаний эфитонов и электромагнитной волны вращения эфитонов. Энергия механической волны колебаний эфитонов.

Эфирная среда, в которой распространяются механические волны, обладает кинетической энергией колебательных движений эфитонов и потенциальной энергией упругой деформации среды. При распространении механической волны в эфирной среде происходит перенос (течение) энергии от одной точки к другой (от одного эфитона к другому), аналогично тому, как это имеет место при распространении любой другой упругой волны, например, упругих волн, рассматриваемых в механике, в том числе и в акустике.

Основными количественными характеристиками энергии упругих волн являются объемная плотность энергии, поток энергии и плотность потока энергии.

Объемная плотность энергии в упругих волнах может быть вычислена через величины, характеризующие кинетическую энергию движения частиц эфирной среды (эфитонов) и потенциальную энергию упругой деформации. Она равна сумме объемных плотностей кинетической и потенциальной энергий среды [57]:

W = Wk + Wn = I/Ipv + l/2pv2lt;52,              (4.3.1)

«

где: р — плотность эфирной среды;

V1              — скорость колебания частиц среды;

V — фазовая скорость волны в среде;

д — относительная деформация среды.

Распространение упругих волн в эфирной среде связано с передачей энергии от одного Эфитона к другому. Отсюда следует, что объемная плотность энергии W зависит как от координаты (расстояния от источника волн), так и от времени. Для расходящейся сферической синусоидальной волны CfHa равна

(4.3. Г)

где: А = А(г);

г — расстояние до источника волн;

к — волновое число (к ~ 2ж/Х);

lt;рд — начальная фаза колебаний в центре волны.

Таким образом, объемная плотность энергии в синусоидальной волне изменяется в пределах от 0 до W              „ = рА2аgt;2, а ее среднее значе

ние за период равно

(4.3.2)

Потоком энергии сквозь элементарную площадку dS^y перпендикулярную направлению переноса энергии, называется отношение энергии, передаваемой через эту площадку за малый промежуток времени, к его длительности. Поток энергии показывает, какое количество энергии протекает в волне за I сек через I см2

(4.3.3)

Скорость переноса энергии упругой синусоидальной волной равна фазовой скорости v (для световой волны в вакууме v = с).

Плотность потока энергии для упругих волн (энергии, заключенной в единице объема) выражается с помощью специального вектора, введенного Н.А. Умовым (1874). Вектор направлен в сторону переноса энергии волной, а по модулю равен отношению потока энергии ёФи к площади элементарной площадки dS^ перпендикулярной направлению переноса энергии:

(4.3.4)

Скалярная величина 1ц, равная модулю среднего значения вектора Умова, называется интенсивностью упругой волны. Интенсивность синусои- j дальной упругой волны пропорциональна квадрату ее частоты и амплитуды. Для плоской и сферической синусоидальных бегущих волн она равна

(4.3.5)

В сферической световой волне, распространяющейся в эфирной среде, через любую сферическую поверхность радиуса г, центр которой

совпадает с центром волны, за единицу времени передается одна и та же энергия, равная энергии, излучаемой источником за это же время, т.е. произведение интенсивности волны на ее сферическую площадь 1ц-4яг2 = const. Отсюда следует, что интенсивность и амплитуда волны, по мере удаления от источника излучения, убывают пр законам

(4.3.6)

где Iu0 и A0 — интенсивность и амплитуда волны на расстоянии одного метра от центра волны.

2. Энергия электромагнитной волны

В бегущей электромагнитной волне векторы электрической (E) и магнитной (H) напряженностей взаимно перпендикулярны и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению движения волны. Они колеблются в одной фазе, т.е. одновременно достигают максимального значения и одновременно обращаются в нуль. Модули данных векторов связаны соотношением H = V(s/(x) • Е, где е и ц — диэлектрическая и магнитная проницаемости среды.

Объемная плотность энергии электромагнитной волны Wem равна сумме объемных плотностей энергии электрического и магнитного полей [57]:

alt="" />(4.3.7)

где V — скорость электромагнитной волны в среде.

Для плоской монохроматической волны, распространяющейся в направлении оси ОХ, напряженность поля равна E = Asin(cot - kx). Отсюда объемная плотность энергии этой волны w = Asin(cat - kx), а значение W в каждой точке поля будет периодически колебаться в пределах от 0 до Wmax = еА2. У такой волны среднее за период значение объемной плотности энергии пропорционально квадрате амплитуды напряженности поля:

(4.3.8)

Движение энергии в бегущей электромагнитной волне принято изображать с помощью вектора потока энергии Р, который показывает, какое количество энергии протекает в волне за I сек через I см2. Для электромагнитной волны этот вектор был введен Пойтингом (1884),

который называют вектором Умова-Пойтинга [12]. Он равен произведению объемной плотности энергии Wem на скорость распространения световой волны (с — для вакуума, сЛ/(е(Л.) — для изотропного диэлектрика):

Вектор P перпендикулярен к плоскости, проходящей через векторы электрической и магнитной напряженностей, т.е. совпадает с направлением распространения светового луча.

Скалярная величина Ip, равная модулю среднего значения вектора Умова-Пойтинга, называется интенсивностью электромагнитной волны.

(4.3.9)

В оптике электромагнитных волн под интенсивностью света часто принимается просто квадрат амплитуды колебаний напряженности E световой волны.

Максвелл теоретически обосновал, что электромагнитные волны должны оказывать давление на встречающиеся на их пути тела. По его расчетам, давление р плоской волны пропорционально среднему значению lt;wgt; объемной плотности энергии электромагнитного поля волны:

(4.3.10)

где R — коэффициент отражения; i — угол падения волны.

Таким образом, эфирная волна одновременно представляет собой механическую волну колебаний эфитонов и электромагнитную волну вращения эфитонов. Энергия эфирной волны равняется сумме энергий механической и электромагнитной волн. В этом состоит энергетический дуализм эфирных волн.