Energia e Momento Eletromagnéticos
Campos eletromagnéticos transportam energia e momento, transportados pelo vetor de Poynting e equilibrados através do tensor de tensão de Maxwell.
Definition
O estudo de como o campo eletromagnético armazena e transporta energia e momento, expresso através da densidade de energia do campo, do vetor de Poynting que fornece o fluxo de energia, e do tensor de tensão de Maxwell que fornece o fluxo de momento, todos ligados por leis de conservação locais.
Scope
Este tópico desenvolve as leis de conservação da eletrodinâmica: o teorema de Poynting para o fluxo de energia, a densidade de energia eletromagnética, o vetor de Poynting para o fluxo de energia, o momento do campo e o tensor de tensão de Maxwell para o fluxo de momento, e a pressão de radiação. Ele mostra como cargas e campos trocam energia e momento enquanto o total é conservado.
Core questions
- Quanta energia e momento um campo eletromagnético transporta?
- Como a energia é transportada através de um campo de acordo com o teorema de Poynting?
- Como os campos exercem pressão e transferem momento para a matéria?
Key concepts
- densidade de energia
- vetor de Poynting
- teorema de Poynting
- momento do campo
- tensor de tensão de Maxwell
- pressão de radiação
- leis de conservação
Key theories
- Teorema de Poynting
- A taxa de variação da energia do campo em um volume mais o fluxo de energia para fora através de sua superfície é igual ao negativo do trabalho realizado sobre as cargas, com o vetor de Poynting fornecendo o fluxo de energia direcional.
- Momento do campo e o tensor de tensão de Maxwell
- Campos eletromagnéticos transportam momento proporcional ao vetor de Poynting, e o tensor de tensão de Maxwell descreve o fluxo desse momento, explicando forças como a pressão de radiação.
Clinical relevance
O transporte de energia e momento explica o fluxo de potência em linhas de transmissão e guias de onda, a pressão de radiação usada em pinças ópticas e velas solares, e os efeitos de aquecimento explorados na terapia por radiofrequência e micro-ondas.
History
Poynting formulou o teorema sobre o fluxo de energia no campo eletromagnético em 1884, baseando-se nos conceitos de tensão de Maxwell. A pressão de radiação associada foi medida experimentalmente por Lebedev por volta de 1900 e independentemente por Nichols e Hull, confirmando que os campos transportam momento.
Key figures
- John Henry Poynting
- James Clerk Maxwell
- Pyotr Lebedev
Related topics
Seminal works
- poynting1884
- jackson1998
Frequently asked questions
- O que o vetor de Poynting representa?
- Ele fornece a magnitude e a direção do fluxo de energia eletromagnética por unidade de área por unidade de tempo, de modo que sua integral de superfície é a potência que atravessa essa superfície.
- Os campos eletromagnéticos transportam momento?
- Sim; os campos armazenam momento proporcional ao vetor de Poynting, razão pela qual a luz exerce pressão de radiação e o momento é conservado no geral quando os campos interagem com a matéria.