电磁场电磁动量麦克斯未张力张量.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电磁场的动量、,麦克斯韦张量,电磁场能量、动量概念,电磁场对物质的作用力,电磁场的动量和动量流密度,平面电磁波及辐射压力,法拉第力管,/,以太媒质,动量守恒转换定律,麦克斯韦张力张量,合成场张力、相互作用张力,能量的概念不断地扩充，保持能量,转换,并守恒的信念,动能,势能（,保守力场中可以用动能转换过来的“东西”，,机械能,）,热能,（宏观的机械能（消失后）转换产生的“效应”，,内能,）,电磁能（,其他能量通过与电磁力相互作用而显现出“效应”，,场能形式,）,电磁场能量、动量概念,用能量,守恒,的概念将“能量”的概念赋予电磁场,电磁场对物质的作用力作功体现了场能量的变化,再若能量守恒成立，电磁场的能量概念可以确定,场是空间分布的，因此有,能量密度,、,能流密度,的概念,用动量守恒的概念将“动量”的概念赋予电磁场,电磁场对物质的作用力体现了动量的变化,若动量守恒成立，电磁场的动量概念可以确立,场是空间分布的，因此有,动量密度,、,动量流密度,的概念,回顾：,电磁场的能量和能流密度,电磁场对物质（介质）做功的功率密度：,电磁场做功流入电磁能电磁能消耗,能流密度：,能量密度变化率：,包含了介质磁化、极化的能量，此能量和电磁场能量相互转换,电磁场对物质的作用力,电磁场对电荷（流,),系统的作用力（密度）：,电磁场的动量和动量流密度,场对电荷系统施力动量流入（率）动量消耗（率）,动量密度：,动量流密度张量：称,电磁场应力张量,动量,流,密度张量：,动量密度与能流密度关系：,为单位时间通过此面元的电磁场动量,仿照能量问题，可以引入电磁场的动量及动量流密度,即电磁场,自身,存在着动量和动量流密度,考虑介质时电磁场对物质的作用力,电磁场对物质（介质）作用力（密度）：,线性、均匀、各向同性介质：,，系数为常数,其中,包含场自身和,介质微观,（相当于能量中的极化和磁化能量）的电磁场动量。,平面电磁波,动量流密度张量：,动量流密度：,平面电磁波：、构成右手系,场量子化为,光子,（,粒子,），能量：动量：,从电磁波的粒子性理解电磁能量和动量的,实物性,电磁能密度,对比,：,能,流,和动量,流,的概念,辐射压力,/,光压,动量流密度张量：,通过表面单位面积动量流,(,表面辐射压强,）,：,考虑电磁波入射到物质表面，若全被反射（金属），电磁波动量改变体现为对物质表面的压力，即辐射压力,若电磁波从各方向入射，对立体角平均，有：,太阳辐射,能流,：，,辐射压力：,激光打靶,能流,：，,辐射压力：,理想磁流体的平衡,磁流体运动方程：,稳定态，力的平衡：,直柱磁场磁流体平衡：,等离子体热压力与磁压力耦合在一起,磁压力约束等离子体,磁,（电）,流管张力,磁场应力张量：,磁流管（力线）像弹性绳一样具有张力，,如，磁化等离子体像弹性介质,同样可证明，电力线也具有磁力线的性质,磁流管受力情况,侧面受压力：,上端面受拉力：,下端面受拉力：,法拉第力管,/,以太媒质,电力线和磁力线（,称为法拉第力管,）均具有,弹性,的性质,电场、磁场空间是被具有弹性材料所充填，电场力、磁场力的作用,是通过这样的弹性媒质来传递。这种弹性媒质历史上称为,以太媒质,以太学说虽被近代物理所扬弃，但便于场力的定性分析,根椐场图判断带电体受力,线电流,I,位于两铁板之间的磁场,动量守恒转换定律,电磁场对电荷、电流系统的作用力为：,动量流入（率）,系统本身,动量消耗（率）,根据力学原理，可解释为电荷系统的,机诫动量,的体密度增量，既有,改写上式,动量守恒转换定律,动量流入量 电荷系统机诫动量和电磁场动量的增（率）,当,S,无限大时，整个系统的动量守恒,麦克斯韦张力张量,根据力学原理，电磁场对体积,V,上的总电磁力（显现力和内应力）为,于是，有,可见，总电磁力,(,体积力）可表示为表面积分的计算，,显然，容易，好！,还可能更容易！,被称为麦克斯未张力张量,张力张量表示式,设 ，曲面的法向矢量,作用在单位面元上的力（压强）为,电、磁张量对称,即有垂直于电场方向的力又有平行于电场方向的力,（,还有垂直于,n-E,平面的力,）,当 时，,是对表面的正,拉,力,当 时，,是对表面的正,压,力,场方向 力方向,侵没于流体中物体上的力,电场体积力力密度（,显现力和,内应力,）,难以计算分析,可表示为麦克斯未张力张量的面积分,且积分面是可选择的,便于计算分析,磁场力和时变电磁场情况均可表示为麦克斯未张力张量的面积分,将 即可,。,合成场张力、相互作用张力,两个电磁场系统叠加后，合成的场为,合成场张力张量为,例如，点电荷 受电场 的相互作用力为,取,S,面趋进点电荷的球面，,使得,E,1,与,n,方向一致,，,相互作用张力,场自张,力张量,