Una de las propiedades más significativas de una onda electromagnética es que transporta energía.
Hemos discutido, al estudiar los campos eléctrico y magnético que
exite una densidad de energía asociada a dichos campos. Para el campo
eléctrico
:
y para el campo magnético
en el caso de una onda electromagnética la densidad de energía será la suma de las densidades de energía asociadas al campo eléctrico y magnético, es decir
ademas los campos
por lo tanto
o
o, teniendo en cuenta que B=E/c
Obsérvese que la densidad de energía puede estar variando muy rápidamente
con el tiempo (si la longitud de onda corresponde al espectro visible
(400-700 nm) el periodo de vibración es del orden de 10-14s
!!). En muchos fenómenos de interés no necesitamos conocer exactamente
esta variación (ni la podemos detectar experimentalmente), nos basta
con calcular y medir el valor medio temporal de la densidad de energia
uOEM
. Así, si suponemos para el campo
eléctrico que varía de la forma
obtenemos
o, también,
La energía (en valor medio) contenida en una cierta región del espacio,
por donde se propaga la onda electromagnética, se determina simplemente
multiplicando la densidad de energía
uOEM
por el volumen de la región considerada.
Llamamos intensidad de una onda al valor medio de la energía que incide sobre una superficie arbitraria, por unidad de superficie y unidad de tiempo.
A partir de esta relación vemos que la intensidad tiene unidades de potencia por unidad de área, que en el sistema internacional corresponden a Watt/m2 .
Si consideramos una onda electromagnética plana que incide
normalmente sobre una superficie S (figura 11),
notamos que durante un tiempo t
sólo puede atravesar la
superficie S a lo sumo toda la energía acumulada en una distancia
x = c
t
de la superficie, donde c es la velocidad
de propagación de la luz. Es decir, toda la energía contenida en el
cubo de lado c
t
y base de superficie S, y por consiguiente
de volumen
De acuerdo a este razonamiento, transcurrido un tiempo
con lo que la intensidad de la onda electromagnética plana es
o, también
Hay que observar que este resultado es válido sólo para ondas planas. Por ejemplo, para una onda electromagnética esférica (i.e, el frente de onda es esférico) se obtendría
resultado conocido como ley del cuadrado de la distancia.
Para reflejar matemáticamente la idea de propagación de la energía que implica una onda electromagnética se introduce el llamado vector de Poynting que se define (para una OEM propagándose en el vacío) como
se comprueba que este vector tiene la dirección y el sentido de propagación de la OEM, y su módulo expresa la variación de energía radiada por unidad de tiempo y de superficie perpendicular a la dirección de propagación.
Se comprueba que la intensidad (o irradiancia) de la onda electromagnética es