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Impulsion électromagnétique

1884
  • James Clerk Maxwell
  • John Henry Poynting
19th-century laboratory with physicist studying electromagnetic momentum and Poynting vector.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

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 doit be included alongside the mechanical momentum of the particles.

En mécanique classique, la quantité de mouvement est associée aux particules massives. Cependant, les équations de Maxwell de l'électromagnétisme prédisent que les ondes électromagnétiques, comme la lumière, possèdent une quantité de mouvement bien qu'elles soient sans masse. Ce concept était révolutionnaire. La conservation de la quantité de mouvement totale dans un système contenant des particules chargées et des champs électromagnétiques implique de prendre en compte la quantité de mouvement stockée dans les champs eux-mêmes.

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].

Le taux de variation de cette quantité de mouvement totale est régi par le flux de quantité de mouvement à travers la frontière du volume, qui est décrit par le Maxwell Tenseur des contraintes. Ce tenseur décrit les forces que les champs électromagnétiques exercent sur leur environnement, notamment la pression de radiation. Ce concept est essentiel à la compréhension de phénomènes tels que les voiles solaires, où la pression du rayonnement solaire propulse un engin spatial.

UNESCO Nomenclature: 2204
– Electromagnetism

Taper

Abstract System

Perturbation

Foundational

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Les équations de l'électromagnétisme de James Clerk Maxwell
  • Le concept de champs de Michael Faraday
  • Découverte de la vitesse finie de la lumière
  • Loi classique de conservation of momentum

Applications

  • voiles solaires pour la propulsion des engins spatiaux
  • pinces optiques pour manipuler des objets microscopiques
  • refroidissement laser des atomes
  • radiation pressure calculations in astrophysics
  • conception de systèmes laser de haute puissance

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • faisceaux tracteurs basés sur des champs lumineux structurés
  • Propulsion photonique pour les micro-sondes interstellaires
  • non-invasive cell tri using optical forces
  • Systèmes de déblaiement de débris par laser pour l'orbite terrestre
  • développement d'horloges optiques ultra-stables
  • creation of novel metamaterials that manipulate light’s momentum
  • laser-induced fusion ignition systems
  • nettoyage atmosphérique par canaux de plasma induits par laser
  • techniques de lithographie avancées utilisant la pression de radiation
  • Manipulation sans contact de matériaux sous vide ou en milieu stérile
Lié à : impulsion électromagnétique, vecteur de Poynting, équations de Maxwell, pression de radiation, tenseur des contraintes de Maxwell, densité d'impulsion, champ électromagnétique, lumière, voile solaire, pinces optiques.

Contexte historique

Impulsion électromagnétique

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

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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