能量守恒定理反应在电磁场中是什么定理
能量守恒定理反应在电磁场中是坡印廷定理。坡印廷定理是关于电磁场能量守恒的定理。电磁场中的电场强度E与磁场强度H叉乘所得的矢量,即E×H=S,代表电磁场能流密度,表示一个与垂直通过单位面积的功率相关的矢量。
坡印廷定理指的是什么
坡印廷定理的微分形式参见公式(1),式中S是坡印廷矢量,表示能量的流动;J是电流密度;E是电场强度。真空中的能量密度u的表达式参见公式(2),式中ε0是真空电导率,μ0是真空磁导率。由于电场不做功,(1)式的右端便给出了电磁场每秒·立方米所做的总功的负值。坡印廷定理的积分形式参见式(3),dV是包围着体积V的曲面。在工程领域,该定理通常写成将能量密度u展开的形式,参见公式(4),这与流体力学的连续性方程相似。
平均坡印廷矢量的公式和物理意义是什么
平均坡印廷矢量是描述电磁场中的电磁能流的物理量,常用S表示。它是一个矢量,方向表示场中电磁能流的方向,它垂直于电场强度E和磁场强度H所确定的平面,且E、H和S三矢量呈右手螺旋关系。其大小表示单位时间内流过单位垂直面积的电磁能量,与E和H的大小以及它们之间的夹角\theta的正弦成比例,即S=EH\sin\theta。用矢量公式表示为S=E\timesH。平均坡印廷矢量的存在表明电磁场不仅具有能量,而且电磁能在空间不停地流通,可以从一处传播到另一处。坡印廷矢量的单位是瓦特每平方米。
坡印廷矢量公式为\oint_CE·dl=-d\Phi_B/dt,其中,C为任意封闭曲线,E为电场强度矢量,dl为曲线C上的微元弧长矢量,\Phi_B表示穿过曲线C的磁通量,t表示时间。该公式的物理意义是,一个闭合电路中,电场的变化会导致穿过该电路的磁通量发生变化,即Faraday安德鲁斯定律。这个定律反过来也成立,即穿过一个闭合电路的磁通量发生变化时,会在该电路中产生相应的电场,即Lenz定律。平均坡印廷矢量公式同时描述和统一了这两个定律的关系。