Energi dan Momentum Elektromagnetik

Medan elektromagnetik membawa energi dan momentum, yang diangkut oleh vektor Poynting dan diseimbangkan melalui tensor tegangan Maxwell.

Definition

Studi tentang bagaimana medan elektromagnetik menyimpan dan mengangkut energi dan momentum, yang diekspresikan melalui kerapatan energi medan, vektor Poynting yang memberikan fluks energi, dan tensor tegangan Maxwell yang memberikan fluks momentum, semuanya dihubungkan oleh hukum konservasi lokal.

Scope

Topik ini mengembangkan hukum konservasi elektrodinamika: teorema Poynting untuk aliran energi, kerapatan energi elektromagnetik, vektor Poynting untuk fluks energi, momentum medan dan tensor tegangan Maxwell untuk aliran momentum, serta tekanan radiasi. Ini menunjukkan bagaimana muatan dan medan bertukar energi dan momentum sementara totalnya tetap kekal.

Core questions

• Berapa banyak energi dan momentum yang dibawa oleh medan elektromagnetik?
• Bagaimana energi diangkut melalui medan menurut teorema Poynting?
• Bagaimana medan memberikan tekanan dan mentransfer momentum ke materi?

Key concepts

• kerapatan energi
• vektor Poynting
• teorema Poynting
• momentum medan
• tensor tegangan Maxwell
• tekanan radiasi
• hukum konservasi

Key theories

Teorema Poynting

Laju perubahan energi medan dalam suatu volume ditambah fluks energi yang keluar melalui permukaannya sama dengan negatif kerja yang dilakukan pada muatan, dengan vektor Poynting memberikan aliran energi terarah.

Momentum medan dan tensor tegangan Maxwell

Medan elektromagnetik membawa momentum yang sebanding dengan vektor Poynting, dan tensor tegangan Maxwell menjelaskan aliran momentum tersebut, yang menjelaskan gaya seperti tekanan radiasi.

Clinical relevance

Transportasi energi dan momentum menjelaskan aliran daya dalam saluran transmisi dan pandu gelombang, tekanan radiasi yang digunakan dalam pinset optik dan layar surya, serta efek pemanasan yang dimanfaatkan dalam terapi frekuensi radio dan gelombang mikro.

History

Poynting merumuskan teorema tentang aliran energi dalam medan elektromagnetik pada tahun 1884, berdasarkan konsep tegangan Maxwell. Tekanan radiasi terkait diukur secara eksperimental oleh Lebedev sekitar tahun 1900 dan secara independen oleh Nichols dan Hull, yang mengkonfirmasi bahwa medan membawa momentum.

Key figures

• John Henry Poynting
• James Clerk Maxwell
• Pyotr Lebedev

Seminal works

• poynting1884
• jackson1998

Frequently asked questions

Apa yang diwakili oleh vektor Poynting?

Ini memberikan besaran dan arah aliran energi elektromagnetik per satuan luas per satuan waktu, sehingga integral permukaannya adalah daya yang melintasi permukaan tersebut.

Apakah medan elektromagnetik membawa momentum?

Ya; medan menyimpan momentum yang sebanding dengan vektor Poynting, itulah sebabnya cahaya memberikan tekanan radiasi dan momentum secara keseluruhan kekal ketika medan berinteraksi dengan materi.