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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)

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 debe be included alongside the mechanical momentum of the particles.

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 regida por el flujo de momento a través del límite del volumen, que se describe mediante la Maxwell Tensor de tensiones. 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
  • radiation pressure calculations in astrofísica
  • diseño de sistemas láser de alta potencia

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • haces tractores basados ​​en campos de luz estructurados
  • propulsión fotónica para microsondas interestelares
  • non-invasive cell clasificación using optical forces
  • Sistemas de eliminación de basura espacial basados ​​en láser para la órbita terrestre
  • desarrollo de relojes ópticos ultraestables
  • creation of novel metamaterials that manipulate light’s momentum
  • laser-induced fusion ignition systems
  • Limpieza atmosférica mediante canales de plasma inducidos por láser
  • Técnicas avanzadas de litografía que utilizan presión de radiación
  • Manipulación sin contacto de materiales en entornos de vacío o estériles.
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)

décimo año aniversario

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