الطاقة والعزم الكهرومغناطيسي

تحمل المجالات الكهرومغناطيسية الطاقة والعزم، ويتم نقلهما بواسطة متجه بوينتنج (Poynting vector) ويتوازنان من خلال موتر ماكسويل للإجهاد (Maxwell stress tensor).

Definition

دراسة كيفية تخزين المجال الكهرومغناطيسي للطاقة والعزم ونقلهما، ويُعبر عن ذلك من خلال كثافة طاقة المجال، ومتجه بوينتنج الذي يعطي تدفق الطاقة، وموتر ماكسويل للإجهاد الذي يعطي تدفق العزم، وكلها مرتبطة بقوانين الحفظ الموضعية.

Scope

يطور هذا الموضوع قوانين الحفظ للديناميكا الكهربائية: نظرية بوينتنج لتدفق الطاقة، كثافة الطاقة الكهرومغناطيسية، متجه بوينتنج لتدفق الطاقة، عزم المجال وموتر ماكسويل للإجهاد لتدفق العزم، وضغط الإشعاع. ويوضح كيف تتبادل الشحنات والمجالات الطاقة والعزم بينما يبقى المجموع محفوظًا.

Core questions

• كم من الطاقة والعزم يحمل المجال الكهرومغناطيسي؟
• كيف تُنقل الطاقة عبر مجال وفقًا لنظرية بوينتنج؟
• كيف تمارس المجالات الضغط وتنقل العزم إلى المادة؟

Key concepts

• كثافة الطاقة
• متجه بوينتنج
• نظرية بوينتنج
• عزم المجال
• موتر ماكسويل للإجهاد
• ضغط الإشعاع
• قوانين الحفظ

Key theories

نظرية بوينتنج

معدل تغير طاقة المجال في حجم معين بالإضافة إلى تدفق الطاقة خارج سطحه يساوي سالب الشغل المبذول على الشحنات، مع إعطاء متجه بوينتنج لتدفق الطاقة الاتجاهي.

عزم المجال وموتر ماكسويل للإجهاد

تحمل المجالات الكهرومغناطيسية عزمًا يتناسب مع متجه بوينتنج، ويصف موتر ماكسويل للإجهاد تدفق هذا العزم، مع الأخذ في الاعتبار قوى مثل ضغط الإشعاع.

Clinical relevance

يشرح نقل الطاقة والعزم تدفق الطاقة في خطوط النقل والموجات الدليلية، وضغط الإشعاع المستخدم في الملاقط البصرية والأشرعة الشمسية، وتأثيرات التسخين المستغلة في العلاج بالترددات الراديوية والموجات الدقيقة.

History

صاغ بوينتنج النظرية المتعلقة بتدفق الطاقة في المجال الكهرومغناطيسي عام 1884، بناءً على مفاهيم إجهاد ماكسويل. وقد تم قياس ضغط الإشعاع المرتبط بها تجريبيًا بواسطة ليبيديف حوالي عام 1900 وبشكل مستقل بواسطة نيكولز وهال، مما أكد أن المجالات تحمل العزم.

Key figures

• John Henry Poynting
• James Clerk Maxwell
• Pyotr Lebedev

Seminal works

• poynting1884
• jackson1998

Frequently asked questions

ماذا يمثل متجه بوينتنج؟

إنه يعطي مقدار واتجاه تدفق الطاقة الكهرومغناطيسية لكل وحدة مساحة في وحدة زمنية، لذا فإن تكامله السطحي هو القدرة التي تعبر هذا السطح.

هل تحمل المجالات الكهرومغناطيسية عزمًا؟

نعم؛ تخزن المجالات العزم بما يتناسب مع متجه بوينتنج، وهذا هو السبب في أن الضوء يمارس ضغط الإشعاع ويتم حفظ العزم بشكل عام عندما تتفاعل المجالات مع المادة.