场强随距离衰减为 1/R 的关系,能量密度随距离平方反比1/R^2衰减

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查看139 | 回复0 | 2024-10-26 14:43:48 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  • 能量密度(或功率密度)与电场和磁场的平方成正比,所以,能量会随着距离的平方 1/R^2衰减。
  • 场强随距离衰减为 1/R的关系衰减。

场强随距离衰减为 1/R 的关系,能量密度随距离平方反比衰减
在电磁波的远场区域,场强和能量密度的衰减规律分别为 1/R  

1/R

1/R
和1/R^2

1/2R

1/2R
,这是由于波的辐射能量随着传播距离扩散的结果。以下是这两个衰减关系的详细理解:

1. 场强随距离衰减为 的关系

在远场区域,电场强度 E和磁场强度 H随距离 R增大而减小,且衰减速度为 1/R  。这意味着:

E

E
  和  

H

H


这符合能量从点源向外传播的物理过程:随着距离增大,波的能量扩散到越来越大的球面上。因此,场强会在传播过程中按 1/R​ 规律减弱。
2. 能量密度随距离平方反比衰减 1/R^2

1/R^2电磁波的能量密度(或功率密度)与电场和磁场的平方成正比。因为   和  ,所以功率密度(能量密度)为:
功率密度∝E2∝(1R)2=1/R^2

功率密度

功率密度


也就是说,能量密度会随距离平方反比衰减。这表明,波的能量在传播时扩散到了面积为 4πR^2的球面上,导致每单位面积上的能量随着距离平方成反比减少。

物理直观
可以把这理解为一个球形光波的扩散过程:在远场,电磁波的能量在球形波前上均匀分布。随着距离增大,球面面积增加,能量密度下降。这就是场强随距离按 1/R 减少,而能量密度按 1/R^2减少的原因。
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