Cường độ là gì? Đơn vị và công thức tính cường độ

Trong vật lý học, chúng ta thường được nghe tới các khái niệm, thuật ngữ phổ biến như cường độ dòng điện, cường độ điện trường, cường độ sóng ánh sáng hay cường độ sóng âm thanh. Vậy cụ thể thì cường độ là gì? Nó được định nghĩa như thế nào? Các nhà vật lý sử dụng công thức gì để tính toán cường độ? Hãy cùng khám phá với Tổng Kho Valve qua bài viết dưới đây nhé.

1. Cường độ là gì trong vật lý?

Cường độ được định nghĩa là lượng năng lượng mà sóng truyền đi trong một đơn vị thời gian trên một đơn vị bề mặt diện tích. Cường độ cũng tương đương với mật độ năng lượng nhân với tốc độ sóng. Nó thường được đo bằng đơn vị watt trên mét vuông. Cường độ sẽ phụ thuộc vào độ mạnh và biên độ của sóng.

2. Đơn vị của cường độ là gì?

Như đã đề cập, cường độ được đặc trưng như sức mạnh hoạt động trên bề mặt của một vật chất trên một đơn vị diện tích.

Cường độ được biểu thị bằng I.

Đơn vị cường độ S.I là Watt trên mét vuông (W/m2) hoặc (kgs-3).

3. Công thức tính cường độ là gì?

Công thức đo cường độ được mô tả bằng I = P/A.

Trong đó I là cường độ, P là công suất và A là diện tích mặt cắt.

Do đó, thuật ngữ cường độ thường được sử dụng cho sóng. Chẳng hạn như sóng âm thanh, sóng ánh sáng, sóng điện từ. Trong đó công suất trung bình do sóng phát ra trong một khoảng thời gian nhất định sẽ được sử dụng.

4. Cường độ ánh sáng là gì?

Cường độ ánh sáng là gì, và nó được tính như thế nào? Cường độ ánh sáng là phép đo lượng công suất được phát ra hoặc phản xạ bởi một nguồn. Và nó có thể được tính toán bằng cách sử dụng tổng đầu ra sóng, phát sáng hoặc độ sáng. Độ sáng là một hàm của phát sáng và cường độ.

Các nhà khoa học có xu hướng cho rằng việc nghiên cứu toàn bộ quang phổ đầu ra là hữu ích nhất. Vì vậy độ sáng được sử dụng phổ biến nhất để tính cường độ ánh sáng. Dùng L (luminosity) để đo độ sáng thì công thức đo cường độ ánh sáng trở thành I = LA. Bởi vì sóng ánh sáng lan truyền theo mọi hướng, để tính toán chính xác cường độ ánh sáng, mẫu số trong công thức phải là diện tích bề mặt của một hình cầu.

Trên thực tế, hầu hết các phép tính điện từ được thực hiện trên một hình cầu. Thay mẫu số vào công thức cường độ ánh sáng bằng công thức diện tích bề mặt của một quả cầu, công thức cường độ sáng trở thành I = L4πr2I = L4πr2. Trong công thức này, r là một đường xuyên tâm có độ lớn bằng khoảng cách giữa tâm của nguồn sáng và tâm của người quan sát.

5. Điểm khác biệt giữa tần số và cường độ ánh sáng là gì?

Ánh sáng là bức xạ điện từ và phát sinh ra bản chất kép, sóng và hạt.

Nếu coi ánh sáng là sóng, thì cường độ liên quan đến năng lượng bức xạ ánh sáng và tần số là số sóng trong một giây.

Nếu coi ánh sáng là hạt, thì mỗi hạt trong bức xạ ánh sáng được gọi là photon. Từ đó, tần số là đại lượng liên quan đến năng lượng của photon. Với E = hν, E là năng lượng, h là hằng số planck và ν là tần số. Trong bản chất về hạt, cường độ liên quan đến số lượng photon trong bức xạ.

6. Cường độ sóng âm thanh là gì?

Cường độ sóng âm là lượng công suất sóng âm trong một khu vực nhất định, thường được coi là khu vực chung của người nghe. Cũng như đối với cường độ sóng ánh sáng, cường độ sóng âm có đơn vị là Wm2.

Khi thảo luận về cường độ sóng âm, độ to của âm được sử dụng phổ biến nhất. Độ to, hay mức cường độ âm thanh là tỷ số giữa cường độ âm thanh với cường độ ngưỡng nghe của con người. Mức cường độ âm thanh, IIoII0 trong đó IoI0 là cường độ của ngưỡng nghe, được đo trên thang log10. Khi được biểu diễn theo cách này, độ to có thể được biểu thị bằng công thức: LI = 10log10 (II0). Trong đó Ii = 10 −12W/m2Ii = 10−12W/m2. Mức cường độ âm có đơn vị là decibel.

7. Lí do phải đo cường độ âm thanh là gì?

Chúng ta có thể xác định công suất âm thanh của một vật thể từ các phép đo áp suất âm thanh, nhưng có những thách thức thực tế. Mặc dù công suất âm thanh có thể liên quan đến áp suất âm thanh, nhưng nó chỉ nằm trong các điều kiện được kiểm soát cẩn thận khi có các giả định đặc biệt về trường âm thanh. Các phòng được xây dựng đặc biệt như phòng không dội âm hoặc dội âm có thể đáp ứng các yêu cầu này. Theo truyền thống, để đo công suất âm thanh, nguồn phát tiếng phải được đặt trong các phòng này.

Tuy nhiên, cường độ âm thanh có thể được đo lường trong bất kỳ trường âm thanh nào. Không có giả định nào cần được thực hiện. Thuộc tính này cho phép tất cả các phép đo được thực hiện trực tiếp tại chỗ. Và phép đo trên các máy riêng lẻ hoặc các bộ phận riêng lẻ có thể được thực hiện ngay cả khi tất cả các máy khác đều phát ra tiếng ồn. Vì tiếng ồn nền ổn định không đóng góp vào công suất âm thanh được xác định khi đo cường độ.

Vì cường độ âm thanh cho phép đo hướng cũng như độ lớn nên nó cũng rất hữu ích khi xác định vị trí các nguồn âm. Do đó, các dạng bức xạ của máy móc rung phức tạp có thể được nghiên cứu tại chỗ.

8. Lời kết

Trên đây là các kiến thức về cường độ là gì, cùng các khái niệm và công thức liên quan. Hy vọng rằng với bài viết này, bạn đọc đã phân biệt được những thuật ngữ liên quan đến cường độ, từ đó có thể ứng dụng hữu ích vào nghiên cứu và thực tiễn trong cuộc sống.