Um pequeno laser de hélio-neônio emite luz vermelha cujas amplitudes do campo elétrico e do campo magnético são e concentrada em um feixe com diâmetro de .
- Calcule as densidades de energia médias associadas com o campo elétrico e com o campo magnético.
- Qual é a energia contida em um comprimento do feixe igual a ?
Passo 1
Letra
O problema nos pede para calcular as densidades de energia médias associadas com o campo elétrico e com o campo magnético.
A densidade de energia em uma região do espaço onde existe apenas um campo elétrico e um campo magnético é dada por
Vamos começar calculando a densidade de energia associada a , .
Onde:
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;
Logo:
Quando falamos de densidade de energia, nós chegamos a uma conclusão importante, lembra?
Falamos nela que a densidade de energia associada a é igual à densidade de energia associada à , logo:
Passo 2
Letra
O problema nos pede para calcular a energia contida em um comprimento do feixe igual a .
Sabemos que a densidade de energia total é
Por definição, a densidade de energia é a energia por unidade de volume . Logo:
Podemos imaginar o feixe do laser como contido em um cilindro, e assim seu volume será:
Onde é o comprimento do cilindro e é a área da base. Pelo enunciado, o diâmetro do feixe é e assim seu raio será:
O que nos dá para seu volume:
Logo, a energia contida no feixe será:
Resposta
Letra
Letra