Sunday, December 29, 2013

"角动量坡印廷向量"

按坡印廷的理论,电场强度E叉乘磁场强度H就得到坡印廷矢量S,即S=E×H。而S代表能量流的方向和密度。

照这么说,磁铁旁边放一些电荷,在电场与磁场打交叉的地方就会产生能量流。两件东西只要静静地放在那里,就不断产生能量流。

你怎么看?

这是个很有意思的问题。
的确静电场和静磁场叉乘会给出非零的坡印廷矢量S。而这个坡印廷矢量表达的的确也是能流密度,但对于自由空间中的静场来说,这个能流的流场一定是一个无源的环流,所以S的散度处处为零。而坡印廷定理中只出现过S的散度,S本身从来没有单独出现过。对于能量的环流,并不违反坡印廷定理,也就不违反能量守恒。

但是还有动量的问题,能量密度除以光速的平方就是动量密度,如果能量是环流,那意味着动量也是环流,就是说静场存在一个角动量!
这就是为什么当你改变静场的能量时,会有角动量转移到场中的带电物体上,使物体旋转,因为场的动量环流改变了,这个角动量是在静场建立的时候就已经注入的。这是符合角动量守恒的。

至于坡印廷矢量的具体表达形式,其实并不是唯一的,E叉乘H只是无数种可能中的一种,也是最简洁的一种,其他形式都含有二次项。

另外,杰克逊的电动力学里也明确给出了E叉乘H这个具体形式的两个前提条件:一是介质要是线性的,一旦考虑色散,还要加入其他项。二是推导过程中涉及的场的能量表达式要对动态场也适用。这两个条件基本这个表达式限制在真空中使用了。
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  • 3楼
  • 2013-07-11 15:48
如果你想看更详细的解释,追究更深入的推导,解释可以看《费恩曼物理学讲义第二卷》第27章:场的能量和场的动量,很直观。推导可以用google学术查找griffin等人写的关于poynting vector的文章,甚至直接看坡印廷在1884年发表的论文。
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  • 4楼
  • 2013-07-12 06:28
ls厉害 顶一个
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  • 5楼
  • 2013-07-12 08:04
这些散度为0的能量环流是否可以被捕捉呢
 
角动量坡印廷向量 的結果 (無引號):

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