4.3. Энергия электромагнитных волн.
Электромагнитные волны переносят энергию. Плотность потока энергии можно получить, умножив плотность энергии на скорость волны. Рассмотрим случай, когда электромагнитная волна распространяется в вакууме. В этом случае скорость волны равна с. Плотность энергии электромагнитного поля w слагается из плотности энергии электрического поля и плотности энергии магнитного поля:
В данной точке пространства векторы и изменяются в одинаковой фазе. Поэтому соотношение (4.2.12) между амплитудными значениями Е и H справедливо и для их мгновенных значений. Положив в (4.2.12) , придем к соотношению
Поток Ф электромагнитной энергии через некоторую поверхность F можно найти с помощью интегрирования:
есть количество теплоты, выделяющееся в единицу времени в единице объема проводника. Следовательно, равенство (4.3.6) указывает на то, что энергия, выделяющаяся в виде ленц-джоулевой теплоты, поступает в проводник через его боковую поверхность в виде энергии электромагнитного поля. По мере проникновения в глубь проводника поток энергии постепенно ослабляется (уменьшается и вектор Пойнтинга, и поверхность, через которую течет поток) за счет поглощения энергии и превращения ее в теплоту. Теперь допустим, что в пределах рассматриваемого нами участка проводника действуют сторонние силы, поле которых однородно (). В этом случае в каждой точке проводника имеет место соотношение
Будем считать, что сторонние силы на рассматриваемом участке цепи не противятся, а способствуют прохождению тока. Это означает, что направление совпадает с направлением . Допустим, что выполняется соотношение . Тогда согласно (4.3.6) напряженность электростатического поля в каждой точке равна нулю, и поток электромагнитной энергии через боковую поверхность отсутствует. В этом случае теплота выделяется за счет работы сторонних сил. Если же имеет место соотношение , то, как следует из (4.3.6), вектор будет направлен противоположно вектору . В этом случае векторы и имеют направления, противоположные изображенным на рис. 4.3.1. Следовательно, электромагнитная энергия не втекает, а, наоборот, вытекает через боковую поверхность проводника в окружающее его пространство. Резюмируя, можно сказать, что в замкнутой цепи постоянного тока энергия от участков, где действуют сторонние силы, передается другим участкам цепи не вдоль проводников, а через окружающее проводники пространство в виде потока электромагнитной энергии, характеризуемого вектором . |