$z-$ દિશામાં ગતિ કરતા સમતલ $EM$ તરંગને $\vec E = E_0 \sin(kz - \omega t)\hat i$ અને $\vec B = B_0 \sin(kz - \omega t)\hat j$ દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે. સાબિત કરો કે:
$(i)$ તરંગની સરેરાશ ઉર્જા ઘનતા $U_{av} = \frac{1}{4} \epsilon_0 E_0^2 + \frac{1}{4} \frac{B_0^2}{\mu_0}$ છે.
$(ii)$ તરંગની સમય-સરેરાશ તીવ્રતા $I_{av} = \frac{1}{2} c \epsilon_0 E_0^2$ છે.

Vedclass pdf generator app on play store
Vedclass iOS app on app store
(N/A) $(i)$ વિદ્યુતક્ષેત્ર $E$ સાથે સંકળાયેલ ઉર્જા ઘનતા $u_E = \frac{1}{2} \epsilon_0 E^2$ છે અને ચુંબકીય ક્ષેત્ર $B$ સાથે સંકળાયેલ ઉર્જા ઘનતા $u_B = \frac{1}{2} \frac{B^2}{\mu_0}$ છે.
કુલ તત્કાલીન ઉર્જા ઘનતા $u = u_E + u_B = \frac{1}{2} \epsilon_0 E^2 + \frac{1}{2} \frac{B^2}{\mu_0}$ છે.
સમતલ તરંગ માટે,$E = E_0 \sin(kz - \omega t)$ અને $B = B_0 \sin(kz - \omega t)$ છે.
એક ચક્ર પર $\sin^2(kz - \omega t)$ ની સમય સરેરાશ $\frac{1}{2}$ છે.
તેથી,$\langle E^2 \rangle = \frac{E_0^2}{2}$ અને $\langle B^2 \rangle = \frac{B_0^2}{2}$ થાય.
આ કિંમતોને સરેરાશ ઉર્જા ઘનતાના સમીકરણમાં મૂકતા:
$U_{av} = \langle u_E \rangle + \langle u_B \rangle = \frac{1}{2} \epsilon_0 \left( \frac{E_0^2}{2} \right) + \frac{1}{2 \mu_0} \left( \frac{B_0^2}{2} \right) = \frac{1}{4} \epsilon_0 E_0^2 + \frac{1}{4} \frac{B_0^2}{\mu_0}$.
$(ii)$ $E_0 = c B_0$ હોવાથી,$B_0 = \frac{E_0}{c}$ મળે. વળી,$c^2 = \frac{1}{\mu_0 \epsilon_0}$ હોવાથી,$\frac{1}{\mu_0} = c^2 \epsilon_0$ થાય.
ઉર્જા ઘનતાના સૂત્રમાં $B_0$ અને $\frac{1}{\mu_0}$ ની કિંમત મૂકતા:
$U_{av} = \frac{1}{4} \epsilon_0 E_0^2 + \frac{1}{4} (c^2 \epsilon_0) \left( \frac{E_0}{c} \right)^2 = \frac{1}{4} \epsilon_0 E_0^2 + \frac{1}{4} \epsilon_0 E_0^2 = \frac{1}{2} \epsilon_0 E_0^2$.
તીવ્રતા $I_{av}$ એ એકમ સમયમાં એકમ ક્ષેત્રફળમાંથી પસાર થતી ઉર્જા છે,જે $I_{av} = U_{av} \cdot c$ દ્વારા અપાય છે.
તેથી,$I_{av} = \left( \frac{1}{2} \epsilon_0 E_0^2 \right) c = \frac{1}{2} c \epsilon_0 E_0^2$.

Explore More

Similar Questions

એક સમતલ વિદ્યુતચુંબકીય તરંગ મુક્ત અવકાશમાં $+x$ દિશામાં પ્રસરણ પામે છે. કાર્ટેઝિયન ફ્રેમમાં તરંગ સાથે સંકળાયેલ વિદ્યુતક્ષેત્ર $\overrightarrow{E}$ અને ચુંબકીય ક્ષેત્ર $\overrightarrow{B}$ સદિશોના ઘટકો છે:

$x$-દિશામાં પ્રસરતા સમતલ વિદ્યુતચુંબકીય તરંગનું સમીકરણ $E_{y} = (200 \ Vm^{-1}) \sin [1.5 \times 10^7 t - 0.05 \ x]$ છે. આ તરંગની તીવ્રતા કેટલી હશે ($Wm^{-2}$ માં)? ($\epsilon_0 = 8.85 \times 10^{-12} \ C^2 \ N^{-1} \ m^{-2}$ નો ઉપયોગ કરો)

એક બિંદુવત ઉદગમમાંથી ઉત્સર્જિત થતા વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણનો સરેરાશ પાવર $1080 \,W$ છે. ઉદગમથી $3 \,m$ અંતરે વિદ્યુતક્ષેત્રના rms મૂલ્યનું મહત્તમ મૂલ્ય કેટલું હશે ($\,Vm^{-1}$ માં)?

$60 \ W$ પાવર ધરાવતા બલ્બની કાર્યક્ષમતા $16 \%$ છે. બલ્બથી $2 \ m$ અંતરે બલ્બમાંથી ઉત્સર્જિત થતા વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણ દ્વારા ઉત્પન્ન થતા વિદ્યુતક્ષેત્રનું મહત્તમ મૂલ્ય શોધો. $\left(\frac{1}{4 \pi \epsilon_0}=9 \times 10^9 \ Nm^2 C^{-2}\right)$ ($Vm^{-1}$ માં)

જો શૂન્યાવકાશમાં વિદ્યુતચુંબકીય તરંગના ચુંબકીયક્ષેત્રના ઘટકનો કંપવિસ્તાર $B_m = 510 \, nT$ હોય,તો તરંગના વિદ્યુતક્ષેત્રના ઘટકનો કંપવિસ્તાર ...... છે.

Vedclass Products

For Students

Vedclass Test Series

Mock tests in real JEE/NEET style with performance analysis. 5-day free trial.

Start Free Trial
For Teachers

Exam Paper Generator

Generate Set A/B/C/D exam papers from 7.5L+ questions in 2 minutes. 3 chapters free.

Try Free
For Institutes

Online Exam Module

Live online exams with unlimited students, 360° analytics & white-label branding.

See Demo