Energia câmpului electromagnetic

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 28 ianuarie 2022; verificarea necesită 1 editare .

Energia unui câmp electromagnetic este energia cuprinsă într- un câmp electromagnetic . Aceasta include, de asemenea, cazuri speciale de câmpuri electrice pure și magnetice pure .

Lucrarea câmpului electric asupra mișcării sarcinii

Conceptul de lucru al unui câmp electric pentru mișcarea unei sarcini este introdus în deplină conformitate cu definiția muncii mecanice: $A$ $E$ $Q$

A=\int F(x)\,dx=\int Q\cdot E(x)\,dx=Q\cdot U,

unde este diferența de potențial (se folosește și termenul de tensiune ). $U=\int E\,dx$

În multe probleme, un transfer continuu de sarcină este luat în considerare pentru o perioadă de timp între punctele cu o diferență de potențial dată , caz în care formula pentru lucru ar trebui rescrisă după cum urmează: $U(t)$

A=\int U(t)\,dQ=\int U(t)I(t)\,dt,

unde este puterea curentului . $I(t)={dQ\peste dt}$

Puterea curentului electric în circuit

Puterea curentului electric pentru o secțiune a circuitului este determinată în mod obișnuit, ca o derivată a muncii în raport cu timpul, adică prin expresia: $P$ $A$

P(t)={\frac {dA}{dt}}=U(t)\cdot I(t),

Aceasta este expresia cea mai generală a puterii într-un circuit electric.

legea lui Ohm

U=I\cdot R

puterea electrică disipată în rezistenţă poate fi exprimată ca în termeni de curent $R$

P=I(t)^{2}\cdot R,

și prin tensiune :

P={{U(t)^{2}} \over R}.

În consecință, munca ( căldura eliberată ) este integrala puterii în timp:

A=\int P(t)\,dt=\int I(t)^{2}\cdot R\,dt=\int {{U(t)^{2)} \over R}\ ,dt.

Energia câmpurilor electrice și magnetice

Pentru câmpurile electrice și magnetice, energia lor este proporțională cu pătratul intensității câmpului. Strict vorbind, termenul „energie câmp electromagnetic” nu este chiar corect. În schimb, în fizică, se folosește de obicei conceptul de densitate de energie a unui câmp electromagnetic (la un anumit punct din spațiu). Energia totală a câmpului este egală cu integrala densității de energie pe întreg spațiul.

Densitatea de energie a unui câmp electromagnetic este suma densităților de energie ale câmpurilor electrice și magnetice.

În sistemul SI :

u={\frac {\mathbf {E} \cdot \mathbf {D} }{2))+{\frac {\mathbf {B} \cdot \mathbf {H} }{2)).

În vid (precum și în materie când luăm în considerare microcâmpuri):

u={\varepsilon _{0}E^{2} \over 2}+{B^{2} \over {2\mu _{0)}}=\varepsilon _{0}{\frac {E^{2}+c^{2}B^{2}}{2}}={\frac {E^{2}/c^{2}+B^{2}}{2\mu _ {0}}},

unde E este intensitatea câmpului electric , B este inducția magnetică , D este inducția electrică , H este puterea câmpului magnetic , c este viteza luminii , este constanta electrică și este constanta magnetică . Uneori, pentru constante și - se folosesc termenii de permitivitate dielectrică și permeabilitate magnetică a vidului - care sunt extrem de nefericiți, iar acum aproape nu sunt folosiți. $\varepsilon_{0}$ $\mu_{0}$ $\varepsilon_{0}$ $\mu_{0}$

În sistemul CGS : [1]

u={\frac {\mathbf {E} \cdot \mathbf {D} +\mathbf {B} \cdot \mathbf {H} {8\pi )).

Energia unui câmp electromagnetic într-un circuit oscilator

Energia câmpului electromagnetic în circuitul oscilator :

W={\frac {CU^{2}}{2}}+{\frac {LI^{2}}{2}},

Unde:

U este tensiunea electrică din circuit, C este capacitatea condensatorului, I - puterea curentului , L este inductanța bobinei sau a bobinei cu curent.

Fluxurile de energie ale câmpului electromagnetic

Pentru o undă electromagnetică, densitatea fluxului de energie este determinată de vectorul Poynting S (în tradiția științifică rusă, vectorul Umov-Poynting).

În sistemul SI , vectorul Poynting este egal cu (produsul vectorial al intensităților câmpurilor electrice și magnetice) și este direcționat perpendicular pe vectorii E și H. Acest lucru este în mod natural de acord cu proprietatea transversală a undelor electromagnetice. ${\mathbf S}={\mathbf E}\time {\mathbf H}$

În același timp, formula pentru densitatea fluxului de energie poate fi generalizată pentru cazul câmpurilor electrice și magnetice staționare și are aceeași formă: . ${\mathbf S}={\mathbf E}\time {\mathbf H}$

Faptul existenței fluxurilor de energie în câmpuri electrice și magnetice constante poate părea ciudat, dar nu duce la niciun paradox; în plus, astfel de fluxuri se găsesc în experiment.

Vezi și

Note

↑ S. A. Akhmanov, S. Yu. Nikitin. Optica fizica. - M .: Editura Universității de Stat din Moscova, 1998. ISBN 5-211-04858-X , ISBN 978-5-211-04858-4 , la pagina 47