Energía y Momento Electromagnéticos
Los campos electromagnéticos transportan energía y momento, los cuales son transportados por el vector de Poynting y equilibrados mediante el tensor de tensiones de Maxwell.
Definition
El estudio de cómo el campo electromagnético almacena y transporta energía y momento, expresado a través de la densidad de energía del campo, el vector de Poynting que proporciona el flujo de energía, y el tensor de tensiones de Maxwell que proporciona el flujo de momento, todos vinculados por leyes de conservación locales.
Scope
Este tema desarrolla las leyes de conservación de la electrodinámica: el teorema de Poynting para el flujo de energía, la densidad de energía electromagnética, el vector de Poynting para el flujo de energía, el momento del campo y el tensor de tensiones de Maxwell para el flujo de momento, y la presión de radiación. Se muestra cómo las cargas y los campos intercambian energía y momento mientras que el total se conserva.
Core questions
- ¿Cuánta energía y momento transporta un campo electromagnético?
- ¿Cómo se transporta la energía a través de un campo según el teorema de Poynting?
- ¿Cómo ejercen presión los campos y transfieren momento a la materia?
Key concepts
- densidad de energía
- vector de Poynting
- teorema de Poynting
- momento del campo
- tensor de tensiones de Maxwell
- presión de radiación
- leyes de conservación
Key theories
- Teorema de Poynting
- La tasa de cambio de la energía del campo en un volumen más el flujo de energía que sale a través de su superficie es igual al negativo del trabajo realizado sobre las cargas, con el vector de Poynting dando el flujo de energía direccional.
- Momento del campo y el tensor de tensiones de Maxwell
- Los campos electromagnéticos transportan momento proporcional al vector de Poynting, y el tensor de tensiones de Maxwell describe el flujo de ese momento, explicando fuerzas como la presión de radiación.
Clinical relevance
El transporte de energía y momento explica el flujo de potencia en líneas de transmisión y guías de onda, la presión de radiación utilizada en pinzas ópticas y velas solares, y los efectos de calentamiento explotados en la terapia de radiofrecuencia y microondas.
History
Poynting formuló el teorema sobre el flujo de energía en el campo electromagnético en 1884, basándose en los conceptos de tensión de Maxwell. La presión de radiación asociada fue medida experimentalmente por Lebedev alrededor de 1900 e independientemente por Nichols y Hull, confirmando que los campos transportan momento.
Key figures
- John Henry Poynting
- James Clerk Maxwell
- Pyotr Lebedev
Related topics
Seminal works
- poynting1884
- jackson1998
Frequently asked questions
- ¿Qué representa el vector de Poynting?
- Indica la magnitud y dirección del flujo de energía electromagnética por unidad de área y por unidad de tiempo, por lo que su integral de superficie es la potencia que atraviesa esa superficie.
- ¿Los campos electromagnéticos transportan momento?
- Sí; los campos almacenan momento proporcional al vector de Poynting, razón por la cual la luz ejerce presión de radiación y el momento se conserva en general cuando los campos interactúan con la materia.