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¿Cómo se explica la relación entre la amplitud y la intensidad de la onda?

Tengo la siguiente declaración que no sé cómo explicar:

Supongamos que tengo 2 ondas monocromáticas idénticas (con la misma intensidad y fase) que llegan al mismo receptor. Si la intensidad de cada onda es I, basándome en la conservación de la energía esperaría que las 2 ondas juntas aportaran una intensidad total de 2I. Por ejemplo, si cada onda lleva una potencia de 100mW, espero una potencia total de 200mW en el lado del receptor.

Sin embargo, la suma utilizando el fasor da un resultado diferente: si consideramos que la intensidad es proporcional al cuadrado de la amplitud de la onda, la raíz cuadrada de 100 da 10 para la amplitud de 1 onda (para simplificar utilizo 10 como amplitud que incluyó las constantes), añadiendo la otra onda de la misma fase que da 20 como amplitud del nuevo haz, luego se eleva al cuadrado para obtener la intensidad que es 400mW en lugar de 200 en el ejemplo anterior.

Si seguimos sumando 4 ondas de 50mW con la misma convención, obtenemos (4 x sqrt(50))^2 = 800mW ... que la lógica obviamente no es correcta.

Mi objetivo final es resumir la potencia de los rayos con diferentes intensidades y fases. La suma de fasores funciona muy bien si tengo la amplitud y la fase, pero cuando intento usar la intensidad para obtener la amplitud de la onda tengo el dilema anterior. ¿Podría alguien indicarme dónde se equivoca mi lógica, y por favor explicar la forma de hacer la suma de potencias con la intensidad y la fase conocidas para cada onda? Gracias.

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Según el libro de texto de óptica de Hecht, la intensidad es en realidad la amplitud del campo eléctrico promediada en el tiempo al cuadrado

$I_1=E_1^2/2$

$I_2=E_2^2/2$

Con la interferencia constructiva total, la intensidad resultante es

$I_{max}=I_1+I_2+2\sqrt{I_1 I_2}$

Con la interferencia destructiva total, la intensidad resultante es

$I_{max}=I_1+I_2-2\sqrt{I_1 I_2}$

Estas ecuaciones pueden provenir de la adición de fasores, utilizando la ley de los cosenos.

Dos haces formarán un patrón de interferencia, por lo que la intensidad total sigue siendo sólo $I_1+I_2$

La incertidumbre con el número de fotones y la fase significa que los fotones no pueden tener todos la misma fase, por lo que no se pueden sumar dos haces de forma exclusivamente constructiva.

https://en.wikipedia.org/wiki/Photon

Con más rayos sólo hay que añadir más fasores. La óptica de Hecht tiene capítulos sobre superposición de ondas e interferencia.

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Glenn Puntos 3182

Como se explica aquí En este caso, hay que tener en cuenta que la amplitud de las ondas de luz se promedia a lo largo de un cierto tiempo, lo que disminuye la intensidad.

Cito la página web, sólo para tener la información cerca de esta pregunta:

"Prueba esto: Deja que $ψ=Acosθ_1$ y $ϕ=Bcosθ_2$ .

Entonces: $I∝(ψ+ϕ)^2=(Acosθ_1+Bcosθ_2)^2$ $I∝A^2cos^2θ_1+B^2cos^2θ_2+2ABcosθ_1cosθ_2$ .

El valor medio de $cos^2$ es 1/2; utilizando un poco de trigonometría, deberías ser capaz de convencerte de que el término cruzado promedia a cero si las fases son aleatorias. Por lo tanto:

$I∝A_2/2+B_2/2$

$I_{total}=I_1+I_2$ "

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Kurome Puntos 108

Tu suposición inicial de que puedes simplemente sumar intensidad (potencia) es incorrecta.

La ley de superposición de las ecuaciones de Maxwell dice que se pueden sumar los campos eléctricos y los campos magnéticos, o la tensión y la corriente en el contexto de una línea de transmisión o un circuito. Así que si se considera la tensión total $V(t)=V_1(t)+V_2(t)$ y la corriente total $I(t)=I_1(t)+I_2(t)$ , entonces la potencia total es $P(t)=VI=(V_1+V_2)(I_1+I_2)=V_1I_1+V_2I_2+V_1I_2+V_2I_1$ . Fíjate en esos términos cruzados.

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