انرژی و تکانه الکترومغناطیسی
میدانهای الکترومغناطیسی حامل انرژی و تکانه هستند که توسط بردار پوینتینگ منتقل شده و از طریق تانسور تنش ماکسول متعادل میشوند.
Definition
مطالعه چگونگی ذخیره و انتقال انرژی و تکانه توسط میدان الکترومغناطیسی، که از طریق چگالی انرژی میدان، بردار پوینتینگ که شار انرژی را نشان میدهد، و تانسور تنش ماکسول که شار تکانه را نشان میدهد، بیان میشود؛ همه اینها توسط قوانین بقای محلی به هم مرتبط هستند.
Scope
این موضوع به قوانین بقای الکترودینامیک میپردازد: قضیه پوینتینگ برای جریان انرژی، چگالی انرژی الکترومغناطیسی، بردار پوینتینگ برای شار انرژی، تکانه میدان و تانسور تنش ماکسول برای جریان تکانه، و فشار تابش. این مبحث نشان میدهد که چگونه بارها و میدانها انرژی و تکانه را مبادله میکنند در حالی که مجموع آنها پایسته میماند.
Core questions
- یک میدان الکترومغناطیسی چه مقدار انرژی و تکانه حمل میکند؟
- انرژی چگونه از طریق یک میدان بر اساس قضیه پوینتینگ منتقل میشود؟
- میدانها چگونه فشار وارد میکنند و تکانه را به ماده منتقل میکنند؟
Key concepts
- چگالی انرژی
- بردار پوینتینگ
- قضیه پوینتینگ
- تکانه میدان
- تانسور تنش ماکسول
- فشار تابش
- قوانین بقا
Key theories
- قضیه پوینتینگ
- نرخ تغییر انرژی میدان در یک حجم به علاوه شار انرژی خروجی از سطح آن برابر است با منفی کار انجام شده بر روی بارها، که بردار پوینتینگ جریان انرژی جهتی را نشان میدهد.
- تکانه میدان و تانسور تنش ماکسول
- میدانهای الکترومغناطیسی تکانهای متناسب با بردار پوینتینگ حمل میکنند، و تانسور تنش ماکسول جریان آن تکانه را توصیف میکند و نیروهایی مانند فشار تابش را توضیح میدهد.
Clinical relevance
انتقال انرژی و تکانه، جریان توان در خطوط انتقال و موجبرها، فشار تابش مورد استفاده در انبرکهای نوری و بادبانهای خورشیدی، و اثرات گرمایشی مورد بهرهبرداری در درمانهای رادیوفرکانسی و مایکروویو را توضیح میدهد.
History
پوینتینگ قضیه جریان انرژی در میدان الکترومغناطیسی را در سال ۱۸۸۴، بر اساس مفاهیم تنش ماکسول، فرموله کرد. فشار تابش مرتبط با آن توسط لبدوف در حدود سال ۱۹۰۰ و به طور مستقل توسط نیکولز و هال به صورت تجربی اندازهگیری شد، که تأیید کرد میدانها حامل تکانه هستند.
Key figures
- John Henry Poynting
- James Clerk Maxwell
- Pyotr Lebedev
Related topics
Seminal works
- poynting1884
- jackson1998
Frequently asked questions
- بردار پوینتینگ چه چیزی را نشان میدهد؟
- این بردار اندازه و جهت جریان انرژی الکترومغناطیسی در واحد سطح در واحد زمان را نشان میدهد، بنابراین انتگرال سطحی آن توان عبوری از آن سطح است.
- آیا میدانهای الکترومغناطیسی تکانه حمل میکنند؟
- بله؛ میدانها تکانهای متناسب با بردار پوینتینگ ذخیره میکنند، به همین دلیل نور فشار تابش وارد میکند و تکانه به طور کلی هنگام تعامل میدانها با ماده پایسته میماند.