坡印廷通量(Poynting flux)是什么?

坡应廷通量是什么?

严济慈<电磁学>319页, 在单位时间内,通过单位体积的能量流量由一个矢量

In Poynting’s original paper and in many textbooks, the Poynting vector is defined as

where bold letters represent vectors and

This expression is often called the Abraham form.[6] The Poynting vector is usually denoted by S or N.

其只有积分形式才具有真实物理意义.

 

 

我们选取的解释来源于https://physics.stackexchange.com/questions/252057/what-does-the-poynting-flux-represent

与波运动相关的能流. 可以看以下图(Blaze Labs):

enter image description here

坡应廷矢量指向波传播的方向,传播电磁能. 或者说能量-动量.

坡应廷通量是由E和B的叉乘所得.

当然,并不存在这样的场, 可以参见  Jackson section 11.10 中所述的” 电磁场应该被正确的叙述,而不应该只谈论电场或磁场.”同样的,维基百科 electromagnetic radiation 一文中:在这些方程的一侧旋度算符∇ × 产生波动解的一阶空间导数,方程的另一侧给出另一个场的时间导数. 假如独木舟在海浪中, 则E表示独木舟的坡度,而B表示坡度的变化率。 没有两个波,只有一个波,它是电磁波,是电磁场的变化。

令人好奇的是,坡印廷通量的场线是电磁能么?

场线可能并非正确的用词,但确实应该是这样描述. 考虑成对产生和电子自旋以及自旋角动量,然后看一下Wikipedia Poynting矢量文章的“静态场”部分。 Poynting向量仍然与E和H正交,只是现在它不是线性的,并且不断旋转:

enter image description here Public domain image by Michael Lenz, see Wikipedia

尽管只有静电场和磁场,但Poynting向量的计算会产生顺时针的电磁能量循环流,而没有开始或结束。 尽管循环的能量流似乎是荒谬的或矛盾的,但有必要保持动量守恒。 动量密度与能量流密度成正比,因此能量的循环流包含角动量

这种角动量通过“爱因斯坦-德·哈斯效应”展现出来,“它证明了旋转角动量的确与经典力学中设想的旋转体的角动量具有相同的性质”。

假设我们在该场中已带电粒子,那么坡印廷通量会在其上施加力并使它们沿着场线移动吗?

是。 如果您有两个带电粒子,例如电子和正电子(请参阅Wikipedia的正电子文章),它们将线性和/或旋转地运动,如下所示:

enter image description here

但是请注意,这是简化的“平坦”图片。 正电子与电子具有相反的手性。 两者都是狄拉克自旋,而Dirac自旋是双主轴。 就像您同时进行了方向盘旋转和硬币旋转一样,它们的旋转速度是另一个的两倍,因此旋转了一半。

画出来的坡印廷通量如右图所示: enter image description here

如果该场中具有带电粒子会发生什么?

该场看起来像是带电粒子(例如正电子)的场。 如果将电子放在其附近,则会发生线性运动。 反向旋转的涡流吸引,共向旋转的涡流排斥。 如果电子经过,也会发生旋转运动。