energie câmp electromagnetic

energie câmp electromagnetic - caracteristică cantitativă a energiei undelor electromagnetice. Energia câmpului electromagnetic alternativ curent electric poate fi stabilită prin măsurarea muncii produs de câmpul electromagnetic (forța Lorentz) a purtătorilor de sarcină electrică.

Din definiția câmpului electric E și magnetic de inducție câmp B urmează expresia p. făcut taxe suplimentare pentru fiecare unitate de volum pe unitatea de timp în mișcare:

în care - vectorul densității curentului electric; u # 945; - viteza de gradul de încărcare spațiu distribuit # 945;, având o densitate # 961; # 945; ; sumarea este peste toate tipurile de tarife spațiale (taxe de electroni în metale sub vid și taxele ionice din gazele și electroliți; ... taxele spațiale asociate fac parte din moleculele neutre de dielectrici și magnetism, etc.) implicate în interacțiunea cu electromagnetic. câmp.

Acesta este interpretat ca densitatea de energie a vectorului câmp electromagnetic

- ca o densitate de flux electromagnetic de energie câmp (Umov - vector Poynting din Ecuația (2) preia sensul legii schimbării energiei a integrării câmpului electromagnetic al ecuației (2) dă un volum V arbitrar ..

în care energia câmpului electromagnetic în volumul V; - alimentare

energia câmpului electromagnetic care rezultă din volumul V prin limitarea suprafeței S; n - normal la suprafața exterioară; -power, un electromagnetic. câmp în interacțiunea cu sarcinile și curenții care sunt în volum V.

Având putere P în legea modificărilor energiei electromagnetice (2 *) înseamnă că câmpul electromagnetic poate face schimb de energie cu corpuri materiale, schimbarea lor de energie internă (termică) și mecanice. Exemple de transmitere a corpurilor materiale energetice câmp electromagnetic pot fi încălzite în timp ce curge conductori electrici. curent (încălzire Joule) și ponderomotive expunere (mecanice) la electromagnetic. câmpurile plasate în acesta dielectrici, materiale magnetice și a conductorilor purtătoare (vezi. forța ponderomotive). Procesul invers (excitație electromagnetică. Field) deține, de exemplu, în câmpul electromagnetic generatorului (în particular, în dinam mașinile).

Luând în considerare electromagnetic. interacțiune într-un mediu caracterizat prin prezența unor cheltuieli legate # 961, și comunicațiile de trafic, datorită curenților lor JSV electrice. uzuală în densitatea de putere p aloca o parte PCV = jsvE. petrecut pe polarizarea și magnetizare a mediului. operațiune de densitate corespunzătoare includ vid (eter), densitatea energiei electromagnetice (3) la primul termen din partea stângă (2) devine

Abilitatea de a interpreta (4) ca o schimbare în electromagnetic densitatea de energie câmp pe unitatea de timp este în mod substanțial independentă de natura relațiilor materiale (D conexiune și vectorii B cu E și H). inerente într-un mediu dat.

Pentru mediile în care valorile lui D și B, la un punct arbitrar în spațiu, la un moment dat sunt funcții o singură valoare la același punct în spațiu și în același timp valorile E și H de timp, cu D = D (E), B = B (H) și (4) poate fi privit ca o schimbare în electromagnetic densitatea de energie câmp.

având o semnificație termodinamică detaliată: este diferența dintre energia internă a unității volumul substanței în prezența și absența unui câmp cu aceeași densitate și entropiei (sau variația densității energiei libere a unei substanțe asociate cu apariția câmpului la starea de densitate constantă și temperatură). În special, pentru mediu izotrop liniar în absența dispersiei și absorbție (D = eE. B = mH. E = e * = const, m = m * = const) (* 3) ia forma

În cazul unei singure energetich mediu de absorbție. Interpretarea Dep. membrii ai ecuației (2) și exprimarea (4), pe baza raporturilor materiale ale formei generale este imposibilă, și termodinamic. concepte (energia internă și liberă) este, strict vorbind, nu sunt aplicabile. trebuie să folosim modelul specific al mediului, în scopul de a găsi energia câmpului electromagnetic în medii disipativă.

Același lucru se aplică la un mediu de dispersie, deoarece în virtutea Kramers - Kronig mediu de dispersie relații este, în general, și absorbant. Cu toate acestea, pentru o gamă largă de condiții fizice reale care permit disiparea energiei neglijare a câmpului electromagnetic, expresia pentru densitatea de energie electromagnetică de câmp poate fi identificat fără a implica microscopice. Printre teoriile.

Reuseste pentru electromagnetice. câmp quasimonochromatic - câmpuri cu frecvențe cu care variază lent E0 amplitudine în timp (t), H0 (t)

în mediu liniar. Perioada medie a undei (2 p / w) din densitatea de energie electromagnetica camp este de forma

în cazul în care Eik. mik - elemente de matrice ale dielectric tensor. și magneziu. permeabilitatea mediului, Ei. Ek. Bună. Hk - vectori de proiecție E și H pe axa de coordonate, bara denotă o medie pe perioada de timp a undelor peste indicii repetate însumare.

Densitatea de energie a câmpului electromagnetic (5), în condițiile de mai sus are aceeași semnificație ca și termodinamică (3 *), (** 3) pentru mediu nedispersiv nedisipativ. Cu alte cuvinte, Phys de echilibru. Prezența medie a câmpurilor electromagnetice cvasi monocromatică poate conduce doar pentru a genera căldură (absorbția energiei electromagnetice). Prin urmare, în special, ar trebui să nonnegativeness densitatea energiei electromagnetice dată de (5), pentru un mediu de echilibru arbitrar. Spre deosebire de acest mediu neechilibru (de ex. Plasma străbate un fascicul de particule încărcate) sub acțiunea câmpului electromagnetic poate fi dat, să nu absoarbă căldura, și într-un mediu electromagnetic densitate de energie câmp (5) poate lua otritsat. valori (vezi. de exemplu. Art. Undele în plasmă).

Din punctul de vedere al câmpului electromagnetic cuantic este un ansamblu de fotoni, fiecare dintre care are energie și impuls, unde w - frecvența de radiație, k - vectorul val. O astfel de reprezentare este necesară în interacțiunea câmpului de investigare cu obiecte cuantice (ex. Cu un oscilator cuantic) este, de asemenea, convenabil pentru studiul schimbului de energie între câmp și clasic. încărcat. particule, absorbante, care emit și împrăștiere electromagneti. valuri (de ex. atunci când se analizează radiația Cerenkov, bremsstrahlung). Densitatea de energie a gazului foton este în termodinamică. echilibru cu corpurile materiale înconjurătoare, cu temperatură este dată de T.

unde a = 7,91 • 10 -15 erg / K -4 cm -3. temperatupa T în grade Kelvin.

Literatura privind energia electromagnetică

Tamm I. E. Fundamentele teoriei energiei electrice, 10 ed. M. 1989;
Stratton J .. A. Teoria electromagnetism, trans. din limba engleză. Moscova-Leningrad 1948
Leontovich MA Introducere în termodinamicii. fizica statistică, M. 1983.

Știri
Cavalerii Teoria eter