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Elektromagnetischer Impuls

1884
  • James Clerk Maxwell
  • John Henry Poynting
Labor aus dem 19. Jahrhundert mit einem Physiker, der den elektromagnetischen Impuls und den Poynting-Vektor untersucht.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Electromagnetic fields can carry momentum. The momentum density of the electromagnetic field is given by the Poynting vector [latex]\vec{S}[/latex] divided by the speed of light squared, [latex]\vec{g} = \vec{S}/c^2 = (\vec{E} \times \vec{B})/(\mu_0 c^2)[/latex]. For momentum to be conserved in a system of charged particles and fields, the momentum of the fields muss be included alongside the mechanical momentum of the particles.

In der klassischen Mechanik wird Impuls mit massiven Teilchen assoziiert. Die Maxwellschen Gleichungen des Elektromagnetismus sagen jedoch voraus, dass elektromagnetische Wellen, wie beispielsweise Licht, trotz ihrer Masselosigkeit Impuls besitzen. Dies war eine revolutionäre Erkenntnis. Die Erhaltung des Gesamtimpulses in einem System aus geladenen Teilchen und elektromagnetischen Feldern erfordert die Berücksichtigung des in den Feldern selbst gespeicherten Impulses.

The flow of electromagnetic energy is described by the Poynting vector, [latex]\vec{S} = \frac{1}{\mu_0} (\vec{E} \times \vec{B})[/latex]. It was discovered that this energy flow is associated with a momentum density [latex]\vec{g} = \vec{S}/c^2[/latex]. The total momentum of a system is the sum of the mechanical momentum of all particles and the integral of the electromagnetic momentum density over all space: [latex]\vec{p}_{\text{total}} = \sum_i \vec{p}_{\text{mech}, i} + \int_V \frac{\vec{E} \times \vec{B}}{\mu_0 c^2} dV[/latex].

Die Änderungsrate dieses Gesamtimpulses wird durch den Impulsfluss über die Volumengrenze bestimmt, der durch die Gleichung beschrieben wird. Maxwell Spannungstensor. Dieser Tensor beschreibt die Kräfte, die elektromagnetische Felder auf ihre Umgebung ausüben, einschließlich des Strahlungsdrucks. Das Konzept ist entscheidend für das Verständnis von Phänomenen wie Sonnensegeln, bei denen der Druck des Sonnenlichts ein Raumschiff antreibt.

UNESCO Nomenclature: 2204
- Elektromagnetismus

Typ

Abstraktes System

Störung

Grundlegendes

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • James Clerk Maxwells Gleichungen des Elektromagnetismus
  • Michael Faradays Konzept der Felder
  • Entdeckung der endlichen Lichtgeschwindigkeit
  • Klassisches Gesetz von Impulserhaltung

Anwendungen

  • Sonnensegel für den Antrieb von Raumfahrzeugen
  • Optische Pinzette zur Manipulation mikroskopischer Objekte
  • Laserkühlung von Atomen
  • radiation pressure calculations in Astrophysik
  • Entwurf von Hochleistungslasersystemen

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

  • Traktorstrahlen basierend auf strukturierten Lichtfeldern
  • Photonischer Antrieb für interstellare Mikrosonden
  • non-invasive cell Sortierung using optical forces
  • Laserbasierte Systeme zur Beseitigung von Weltraummüll im Erdorbit
  • Entwicklung ultrastabiler optischer Uhren
  • creation of novel metamaterials that manipulate light’s momentum
  • laser-induced fusion ignition systems
  • Atmosphärenreinigung mittels laserinduzierter Plasmakanäle
  • fortgeschrittene Lithographietechniken unter Verwendung von Strahlungsdruck
  • Berührungslose Materialmanipulation in Vakuum- oder sterilen Umgebungen
Verwandt mit: elektromagnetischem Impuls, Poynting-Vektor, Maxwell-Gleichungen, Strahlungsdruck, Maxwellscher Spannungstensor, Impulsdichte, elektromagnetisches Feld, Licht, Sonnensegel, optische Pinzette.

Historischer Kontext

Elektromagnetischer Impuls

1880
1882-01-01
1883
1884
1887
1888
1889
1877
1880
1882-01-01
1884
1885
1887
1889
1890

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

10. Jahr Jubiläum

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