Intensyvumas

Šiam straipsniui ar jo daliai trūksta išnašų į patikimus šaltinius. Jūs galite padėti Vikipedijai pridėdami tinkamas išnašas su šaltiniais.

Intensyvumas fizikoje – suvidurkinto laike energijos srauto matas.

Terminas intensyvumas šiame kontekste nėra terminų jėga, amplitudė arba lygis sinonimas.

Intensyvumas fizikoje yra išreiškiamas kaip energijos tankio (energijos, tenkančios tūrio vienetui) ir greičio, su kuriuo energija juda, sandauga. Gautas vektorius yra išreiškiamas kaip galia, tenkanti ploto vienetui (W/m²). Šią sąvoką galima apibrėžti įvairiuose fizikos srityse, pvz., hidrodinamikoje vandens tekėjimui išreikšti, bet jis labiau paplito bangų fizikoje – akustikoje, optikoje, elektromagnetizme, kur jis yra proprocingas atitinkamų bangų amplitudžių kvadratui.

Matematinis apibrėžimas

Kuomet taškinis šaltinis trimatėje erdvėje spinduliuoja energiją, neprarandama terpėje, tuomet energijos intensyvumas mažėja atvirkščiai proporcingai atstumo nuo šaltinio kvadratui. Tai yra sąlygojama fizikinių dėsnių bei erdvės geometrijos. Iš fizikinių pozicijų turi galioti energijos tvermės dėsnis. Šio teiginio pasekmė yra ta, kad galia pasiekiantį uždarą paviršių, kurio viduje yra šaltinis, turi būti pastovi, tuo būdu:

$P=\int I\,dA$

kur P yra išspinduliuota galia, I yra intensyvumo funkcija nuo koordinačių, o dA yra uždaro paviršiaus ploto diferencialas. Suintegruokime galią per paviršių, ties kurio intensyvumas I yra pastovus. Tokio paviršiaus formą apsprendžia erdvės ir šaltinio geometrija. Tarkime, kad šaltinis yra izotropinis (tolygiai spinduliuojantis visomis kryptimis), tuomet Euklido erdvėje toks paviršius bus sfera, kurios centre yra nagrinėjamas taškinis šaltinis. Tokiu būdu išreiškiame:

$P=|I|\cdot A_{sferos}=|I|\cdot 4\pi r^{2}\,$

kur I yra intensyvumo vertė sferos paviršiuje, o r yra sferos spindulys. ($A_{sferos}=4\pi r^{2}$ yra sferos paviršiaus ploto išraišką). Išreikšdami I, gauname:

$|I|={\frac {P}{A_{sferos}}}={\frac {P}{4\pi r^{2}}}$

Kuomet terpė, kurioje sklinda energija, sugeria, tuomet intensyvumas krenta greičiau, nei numato aukščiau pateikta lygtis.

Bet kuris fizikinis procesas, pernešantis energiją, gali būti susietas su intensyvumo sąvoka. Elektromagnetinei bangai, jei dydis E yra elektrinio lauko kompleksinė amplitudė, tuomet bangos energijos tankis U yra išreiškiamas per

$U={\frac {n^{2}\epsilon _{0}}{2}}|E|^{2}$,

o intensyvumo vertė yra gaunama padauginus šią išraišką iš bangos greičio, $c/n\;$:

$I={\frac {cn\epsilon _{0}}{2}}|E|^{2}$,

kur n yra lūžio rodiklis, $c$ yra šviesos greitis vakuume ir $\epsilon _{0}$ yra vakuumo dielektrinė skvarba.