電磁波

制動輻射

制動輻射 (Braking radiation)
國立臺灣大學物理學系 鍾豪

制動輻射 (bremsstrahlung),又稱剎車輻射,是從德文 “bremsem(剎車)” 和 “strahlung(輻射)” 兩個字組成。根據電動力學,當帶電粒子的速度改變時,就會輻射電磁波。狹義而言,制動輻射專指當高速電子因為受物質內原子核吸引而偏折、減速,所釋放的輻射;廣義而言,泛指所有帶電粒子因速度改變而發出的輻射。例如同步輻射 (synchrotron radiation)、迴旋輻射 (cyclotron radiation) 都屬於廣義的制動輻射。

電磁波的動量

電磁波的動量(Momentum carried by electromagnetic waves)
國立臺灣大學數學系 101年 高尉庭

電磁波除了具有能量 (詳細內容請參考「電磁波的能量」),其時還具有動量,而且事實上,能量與動量的關係也是密不可分的。根據古典電磁學理論,空間中若有電磁場存在,則我們可以將之視為每單位體積所含的電磁場動量為

\(\vec{g}=\epsilon_0\mu_0\vec{S}=\epsilon_0(\vec{E}\times \vec{B})\cdots(1)\)式

其中向量 \(B\) 為磁場,向量 \(E\) 為電場,\(\epsilon_0\) ­為真空電容率,\(\mu_0\) 為真空磁導率,而 \(S\) 則是坡印廷向量(亦即每單位時間通過單位面積的能量)。

輻射壓

輻射壓(Radiation Pressure)
加州大學柏克萊分校物理系 2012 盧奕銓

  • 定義及基本概念

電磁波(光)在傳遞時帶有動量,所以當電磁波打在物質上時,不論是被吸收或是被反射,都會對物質施力。就如同許多小球不斷地打在牆壁上,牆壁會受到力一樣。而每單位面積所受到電磁波的力,就稱為輻射壓,或是光壓。

輻射壓的大小,除了跟電磁波所攜帶的動量大小有關之外,也跟受力物質的特性有關:如果物質本身完全吸收入射電磁波,那麼光壓 \(P\) 就是

\(P=\frac{1}{A}\frac{p}{t}\)

 其中 \(p\) 是在 \(t\) 時間內入射在面積 \(A\)內的電磁波動量。

電磁波反射及折射的強度和入射角的函數關係

電磁波反射及折射的強度和入射角的函數關係
(Intensity of Reflected and Refracted EM Waves as a Function of Incidence Angle)

加州大學柏克萊分校物理系 2012 盧奕銓

I. 定義及基本概念

電磁波從一個介質傳遞到另一個介質時,只有一部分的電磁波會進入新的介質,而剩下的會被介面所反射。進入新介質的電磁波稱為折射波,而被反射的稱為反射波。在理想情況之下,入射的強度會等於反射和折射強度的總和,但反射和折射強度的相對大小,則和入射角有關。在討論強度和入射角的關係之前,必須先定義幾個名詞和物理量。

電磁波的能量

電磁波的能量 (Energy carried by electromagnetic waves)
國立臺灣大學數學系101年高尉庭

在靜電磁學中,我們知道電場與磁場會儲存能量,而單位體積所儲存的能量稱之為「能量密度」(energy density)。在真空中,能量密度與電磁場的關係為:

$$u=\frac{1}{2}(\varepsilon_0E^2+\frac{B^2}{\mu_0})$$

其中 $$u$$ 為能量密度,$$\varepsilon_0$$ ­為真空電容率,$$\mu_0$$ 為真空磁導率。

不過在一般的電磁學下,電磁場不僅能儲存能量,還能夠傳遞能量,而描述電磁場的能量、能量傳遞與帶電粒子做功的關係的定理是坡印廷定理(Poynting’s theorem)。此定理可看成一種在電磁場中的能量守恆的敘述,在數學上與流體力學中所謂的連續方程式(continuity equation)相似。