电磁场电磁动量-麦克斯未张力张量.ppt

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）：,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 E1 与 n 方向一致，,相互作用张力,场自张 力张量,