- Home
- Standard 12
- Physics
એક સમતલ વિદ્યુતચુંબકીય તરંગમાં વિદ્યુતક્ષેત્રના જ્યાવર્ત દોલનની આવૃત્તિ $2.0 \times 10^{10}\; Hz$ અને કંપવિસ્તાર $48\; Vm ^{-1}$ છે.
$(a)$ તરંગની તરંગલંબાઈ કેટલી છે ?
$(b)$ દોલન કરતા ચુંબકીય ક્ષેત્રની કંપવિસ્તાર કેટલો છે?
$(c)$ દર્શાવો કે વિદ્યુતક્ષેત્ર $E$ ની સરેરાશ ઊર્જા ઘનતા, ચુંબકીય ક્ષેત્ર $B$ ની સરેરાશ ઊર્જા ઘનતા જેટલી છે. $\left[c=3 \times 10^{8} \;m s ^{-1} .\right]$
Solution
Frequency of the electromagnetic wave, $v=2.0 \times 10^{10} Hz$
Electric field amplitude, $E _{0}=48 V m ^{-1}$
Speed of light, $c=3 \times 10^{8} m / s$
$(a)$ Wavelength of a wave is given as:
$\lambda=\frac{c}{v}$
$=\frac{3 \times 10^{8}}{2 \times 10^{10}}=0.015 m$
$(b)$ Magnetic field strength is given as:
$B_{0}=\frac{E_{0}}{c}$
$=\frac{48}{3 \times 10^{8}}=1.6 \times 10^{-7} T$
$(c)$ Energy density of the electric field is given as:
$U_{E}=\frac{1}{2} \epsilon_{0} E^{2}$
And, energy density of the magnetic field is given as
$U_{B}=\frac{1}{2 \mu_{0}} B^{2}$
Where,
$\varepsilon_{0}=$ Permittivity of free space $\mu_{0}=$ Permeability of free space
We have the relation connecting $E$ and $B$ as:
$E = cB \ldots(i)$
Where,
$c=\frac{1}{\sqrt{\epsilon_{0} \mu_{0}}} \dots(ii)$
Putting equation $(ii)$ in equation $(i),$ we get
$E=\frac{1}{\sqrt{\epsilon_{0} \mu_{0}}} B$
Squaring both sides, we get
$E^{2}=\frac{1}{\epsilon_{0} \mu_{0}} B^{2}$
$\epsilon_{0} E^{2}=\frac{B^{2}}{\mu_{0}}$
$\frac{1}{2} \epsilon_{0} E^{2}=\frac{1}{2} \frac{B^{2}}{\mu_{0}}$
$\Rightarrow U_{E}=U_{B}$