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Momento electromagnético

1884
  • James Clerk Maxwell
  • John Henry Poynting
Laboratorio del siglo XIX con un físico que estudia el momento electromagnético y el vector de Poynting.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

Los campos electromagnéticos pueden transportar momento. La densidad de momento del campo electromagnético viene dada por el vector de Poynting [latex]\vec{S}[/latex] dividido por la velocidad de la luz al cuadrado, [latex]\vec{g} = \vec{S}/c^2 = (\vec{E} \times \vec{B})/(\mu_0 c^2)[/latex]. Para que el momento se conserve en un sistema de partículas cargadas y campos, el momento de los campos debe incluirse junto con el momento mecánico de las partículas.

En mecánica clásica, el momento lineal se asocia con partículas masivas. Sin embargo, las ecuaciones de Maxwell sobre electromagnetismo predicen que las ondas electromagnéticas, como la luz, transportan momento lineal a pesar de carecer de masa. Este fue un concepto revolucionario. La conservación del momento lineal total en un sistema que contiene partículas cargadas y campos electromagnéticos requiere tener en cuenta el momento lineal almacenado en los propios campos.

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].

La tasa de cambio de este momento total está determinada por el flujo de momento a través del límite del volumen, descrito por el tensor de tensiones de Maxwell. Este tensor describe las fuerzas que los campos electromagnéticos ejercen sobre su entorno, incluida la presión de radiación. Este concepto es fundamental para comprender fenómenos como las velas solares, donde la presión de la luz solar impulsa una nave espacial.

UNESCO Nomenclature: 2204
- Electromagnetismo

Tipo

Sistema abstracto

Ruptura

Fundacional

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Ecuaciones del electromagnetismo de James Clerk Maxwell
  • El concepto de campos de Michael Faraday
  • Descubrimiento de la velocidad finita de la luz
  • Ley clásica de conservación del momento

Aplicaciones

  • velas solares para propulsión de naves espaciales
  • pinzas ópticas para manipular objetos microscópicos
  • enfriamiento láser de átomos
  • Cálculos de presión de radiación en astrofísica
  • diseño de sistemas láser de alta potencia

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

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Relacionado con: momento electromagnético, vector de Poynting, ecuaciones de Maxwell, presión de radiación, tensor de tensiones de Maxwell, densidad de momento, campo electromagnético, luz, vela solar, pinzas ópticas.

Contexto histórico

Momento electromagnético

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

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

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