坡印廷矢量及电路中能量的关系.pdf

坡印廷矢量与电路中能量的关系 ——由一道大学物理题引出对坡印廷矢量的遐想 张明 （复旦大学 电子工程系 0572027 ） 摘要：电路中能量的转变，储存，传输，都是以电磁场能量的形式进行的，作为 电磁波的能流密度矢量——坡印廷矢量S 是一个相当重要的物理量,它的引 入，对于阐述电磁场与电磁波的能量传输及能量损耗有着十分重要的意义。 关键词：电磁场能量，坡印廷矢量，焦耳热，位移电流 The relation of pointing vector and electric circuit energy -- The fancy of pointing vector derivate from a university physical Zhang Ming (Zhang Ming Fu Dan university electronics engineering No.0572027) Summary: The change, storage and deliver of energy in the electric circuit, are all carry on by the form of electromagnetism field energy. As the density vector of electromagnetism field energy, pointing vector is a very important physics quantity, which plays a very important role in elaborating the energy delivery and the energy exhaustion in electromagnetism field and electromagnetic wave. Keywords: Electromagnetism field energy, pointing vector, Joule hot, displacement current 1． 引言：在大学物理课本上，有这样一道作业题（见《大学物理简明教程》复 旦大学出版社 P382 12-5 ）： 一长直导线，半径为 −2 m,每单位长度电阻为 −2 −1 ，载有电流 10 3 ×10 Ωim 25A,计算在距导体表面很近一点处的： （1）B 的大小。 （2 ）E 在平行于导线方向上的分量。 S （3 ）通过导线的坡印廷矢量 。 坡印廷矢量S 的定义为：单位时间内通过垂直于单位面积内的电磁场能 量。那么一段通电导线怎么会产生电磁场能量呢？产生的电磁场能量又流向 哪儿去了呢？要解决这些问题，首先来了解一下坡印廷矢量公式吧。 2 ． 电磁场能量与坡印廷矢量 2 ．1 静电场能量 带电体系带电过程实际上就是带电体系建立电场的过程，如果带电体系 没有电流的流动，那么它所形成的就是静电场，不能形成感生磁场。带电导 体所带的能量就是静电场能量。如果把带电体系看作是平行板电容器，那么 带电体系所带的电场能量则可以看作电荷的静电场能量，即等于外力将电荷 从电容的负极板经过外电路搬到正极板所作的功 。据牛二定律有：