Elektromanyetik Enerji ve Momentum
Elektromanyetik alanlar enerji ve momentum taşımaktadır; bu taşıma Poynting vektörü aracılığıyla gerçekleşmekte ve Maxwell gerilim tensörü (Maxwell stress tensor) ile dengelenmektedir.
Tanım
Elektromanyetik alanın enerjiyi ve momentumu nasıl depoladığını ve taşıdığını inceleyen bir alandır; bu durum, alan enerji yoğunluğu, enerji akısını veren Poynting vektörü ve momentum akısını veren Maxwell gerilim tensörü (Maxwell stress tensor) aracılığıyla ifade edilmekte olup, tüm bunlar yerel korunum yasalarıyla birbirine bağlıdır.
Kapsam
Bu konu, elektrodinamiğin korunum yasalarını geliştirmektedir: enerji akışı için Poynting teoremi, elektromanyetik enerji yoğunluğu, enerji akısı için Poynting vektörü, alan momentumu ve momentum akışı için Maxwell gerilim tensörü (Maxwell stress tensor) ile radyasyon basıncı. Konu, toplam korunurken yüklerin ve alanların nasıl enerji ve momentum alışverişi yaptığını göstermektedir.
Temel sorular
- Bir elektromanyetik alan ne kadar enerji ve momentum taşır?
- Poynting teoremine göre enerji bir alan aracılığıyla nasıl taşınır?
- Alanlar maddeye nasıl basınç uygular ve momentum aktarır?
Anahtar kavramlar
- enerji yoğunluğu
- Poynting vektörü
- Poynting teoremi
- alan momentumu
- Maxwell gerilim tensörü
- radyasyon basıncı
- korunum yasaları
Temel kuramlar
- Poynting teoremi
- Bir hacimdeki alan enerjisinin değişim hızı artı yüzeyinden dışarıya doğru olan enerji akısı, yükler üzerinde yapılan işin eksisine eşittir; Poynting vektörü ise yönlü enerji akışını vermektedir.
- Alan momentumu ve Maxwell gerilim tensörü
- Elektromanyetik alanlar Poynting vektörüyle orantılı momentum taşımaktadır ve Maxwell gerilim tensörü (Maxwell stress tensor), radyasyon basıncı gibi kuvvetleri açıklayarak bu momentumun akışını tanımlamaktadır.
Klinik önem
Enerji ve momentum taşınımı, iletim hatları ve dalga kılavuzlarındaki güç akışını, optik cımbızlarda ve güneş yelkenlerinde kullanılan radyasyon basıncını ve radyofrekans ile mikrodalga tedavisinde yararlanılan ısıtma etkilerini açıklamaktadır.
Tarihçe
Poynting, elektromanyetik alandaki enerji akışı üzerine teoremi 1884 yılında, Maxwell'in gerilim kavramları üzerine inşa ederek formüle etmiştir. İlişkili radyasyon basıncı, 1900 civarında Lebedev tarafından ve bağımsız olarak Nichols ve Hull tarafından deneysel olarak ölçülmüş, bu da alanların momentum taşıdığını doğrulamıştır.
Öne çıkan isimler
- John Henry Poynting
- James Clerk Maxwell
- Pyotr Lebedev
İlgili konular
Temel eserler
- poynting1884
- jackson1998
Sıkça sorulan sorular
- Poynting vektörü neyi temsil eder?
- Birim alan başına birim zamanda elektromanyetik enerji akışının büyüklüğünü ve yönünü vermektedir; bu nedenle yüzey integrali, o yüzeyi geçen gücü ifade eder.
- Elektromanyetik alanlar momentum taşır mı?
- Evet; alanlar Poynting vektörüyle orantılı momentum depolamaktadır, bu nedenle ışık radyasyon basıncı uygular ve alanlar maddeyle etkileşime girdiğinde momentum genel olarak korunur.