Интенсивность (физика)

Интенсивность — скалярная физическая величина, количественно характеризующая мощность, переносимую волной в направлении распространения. Численно интенсивность равна усреднённой за период колебаний волны мощности излучения, проходящей через единичную площадку, расположенную перпендикулярно направлению распространения энергии. В математической форме это может быть выражено следующим образом:

I ( t ) = 1 T ∫ t t + T d P d S d t , {displaystyle I(t)={frac {1}{T}}int limits _{t}^{t+T}{frac {dP}{dS}}dt,}

где T {displaystyle T} — период волны, d P {displaystyle dP} — мощность, переносимая волной через площадку d S {displaystyle dS} .

Интенсивность волны связана со средней плотностью энергии < w > {displaystyle <w>} в волне и скоростью распространения волны v {displaystyle v} соотношением

I =< w > ⋅ v {displaystyle I=<w>cdot v} .

Единицей измерения интенсивности в Международной системе единиц (СИ) является Вт/м², в системе СГС — эрг/с·см².

Интенсивность электромагнитного излучения

Электромагнитное излучение (например, свет) представляет собой совокупность волн, колебания в которых совершают напряжённость электрического поля и магнитная индукция. Электромагнитные волны переносят энергию электромагнитного поля, поток которой определяется величиной вектора Пойнтинга. Интенсивность электромагнитного излучения равна усреднённому за период значению модуля вектора Пойнтинга:

I ( t ) = 1 T ∫ t t + T | S → ( t ) | d t , {displaystyle I(t)={frac {1}{T}}int limits _{t}^{t+T}left|{vec {S}}(t) ight|dt,}

где вектор Пойнтинга S → ( t ) = c 4 π [ E → ( t ) × B → ( t ) ] , {displaystyle {vec {S}}(t)={frac {c}{4pi }}left[{vec {E}}(t) imes {vec {B}}(t) ight],} (в системе СГС), E {displaystyle E} — напряжённость электрического поля, а B {displaystyle B} — магнитная индукция.

Для монохроматической линейно поляризованной волны с амплитудой напряжённости электрического поля E 0 {displaystyle E_{0}} интенсивность равна:

I = c E 0 2 8 π . {displaystyle I={frac {cE_{0}^{2}}{8pi }}.}

Для монохроматической циркулярно поляризованной волны это значение в два раза больше:

I = c E 0 2 4 π . {displaystyle I={frac {cE_{0}^{2}}{4pi }}.}

Интенсивность звука

Звук представляет собой волну механических колебаний среды. Интенсивность звука может быть выражена через амплитудные значения звукового давления p и колебательной скорости среды v:

I = p v 2 . {displaystyle I={frac {pv}{2}}.}