Intensidad (física)

En física, la intensidad o flujo de energía radiante es la potencia transferida por unidad de área, donde el área se mide en el plano perpendicular a la dirección de propagación de la energía. En el sistema SI, tiene unidades de vatios por metro cuadrado (W/m²), o kg⋅s⁻³ en unidades base. La intensidad se usa con mayor frecuencia con ondas como las ondas acústicas (sonido) u ondas electromagnéticas como la luz o las ondas de radio, en cuyo caso se usa la transferencia de potencia promedio durante un período de la onda. La intensidad se puede aplicar a otras circunstancias en las que se transfiere energía. Por ejemplo, se podría calcular la intensidad de la energía cinética transportada por las gotas de agua de un aspersor de jardín.

La palabra "intensidad" como se usa aquí no es sinónimo de "fuerza", "amplitud", "magnitud" o "nivel", ya que a veces es en coloquial discurso.

La intensidad se puede encontrar tomando la densidad de energía (energía por unidad de volumen) en un punto del espacio y multiplicándola por la velocidad a la que se mueve la energía. El vector resultante tiene las unidades de potencia divididas por área (es decir, densidad de potencia superficial).

Descripción matemática

Si una fuente puntual irradia energía en todas las direcciones (produciendo una onda esférica) y el medio no absorbe ni dispersa energía, entonces la intensidad disminuye en proporción a la distancia desde el objeto al cuadrado. Este es un ejemplo de la ley del cuadrado inverso.

Aplicando la ley de conservación de la energía, si la potencia neta que emana es constante,

P=∫ ∫ I⋅ ⋅ dA,{displaystyle P=int mathbf {I} ,cdot dmathbf {A}

Si se integra una intensidad uniforme, |I| = constante, sobre una superficie que es perpendicular al vector de intensidad, por ejemplo, sobre una esfera centrada alrededor de la fuente puntual, la ecuación se convierte en

P=SilencioISilencio⋅ ⋅ Asurf=SilencioISilencio⋅ ⋅ 4π π r2,{displaystyle P=vivirI sufrimientocdot A_{mathrm {surf} }= "Antes"

Asurf=4π π r2{displaystyle A_{mathrm {surf}=4pi r^{2}

Resolviendo para |I| da

SilencioISilencio=PAsurf=P4π π r2.{fnMicrosoft Sans Serif} ¿Qué?

Si el medio está amortiguado, entonces la intensidad cae más rápido de lo que sugiere la ecuación anterior.

Cualquier cosa que pueda transmitir energía puede tener una intensidad asociada. Para una onda electromagnética de propagación monocromática, como una onda plana o un haz gaussiano, si E es la amplitud compleja del campo eléctrico, entonces la densidad de energía promediada en el tiempo de la onda, viajando en una dirección no -material magnético, viene dado por:

.U.=n2ε ε 02SilencioESilencio2,{displaystyle leftlangle Urightrangle ={frac {n^{2}varepsilon - Hola.

I=cnε ε 02SilencioESilencio2,{displaystyle I={fracmathrm {c} nvarepsilon - Hola.

ε ε 0{displaystyle varepsilon ¿Qué?

Para ondas no monocromáticas, las contribuciones de intensidad de diferentes componentes espectrales pueden simplemente sumarse. El tratamiento anterior no es válido para campos electromagnéticos arbitrarios. Por ejemplo, una onda evanescente puede tener una amplitud eléctrica finita sin transferir ninguna potencia. Entonces, la intensidad debe definirse como la magnitud del vector de Poynting.

Definiciones alternativas

En fotometría y radiometría intensidad tiene un significado diferente: es la potencia luminosa o radiante por unidad de ángulo sólido. Esto puede causar confusión en la óptica, donde intensidad puede significar cualquier intensidad radiante, intensidad luminosa o irradiancia, dependiendo de los antecedentes de la persona que usa el término. La radiación también se denomina a veces intensidad, especialmente por los astrónomos y astrofísicos, y en la transferencia de calor.