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 电磁场能量、动量概念 回顾：电磁场的能量和能流密度 电磁场对物质的作用力 电磁场的动量和动量流密度 考虑介质时电磁场对物质的作用力 平面电磁波 辐射压力/光压 理想磁流体的平衡 磁（电）流管张力 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 张力张量表示式 侵没于流体中物体上的力 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） 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 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 ? 电磁场对电荷（流)系统的作用力（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 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。 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 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： 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： 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 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 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 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