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Momento elettromagnetico

1884
  • James Clerk Maxwell
  • John Henry Poynting
Laboratorio del XIX secolo con fisici che studiano la quantità di moto elettromagnetica e il vettore di Poynting.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

I campi elettromagnetici possono trasportare quantità di moto. La densità di quantità di moto del campo elettromagnetico è data dal vettore Poynting [latex]\vec{S}[/latex] diviso per la velocità della luce al quadrato, [latex]\vec{g} = \vec{S}/c^2 = (\vec{E} \times \vec{B})/(\mu_0 c^2)[/latex]. Affinché la quantità di moto si conservi in un sistema di particelle e campi carichi, la quantità di moto dei campi deve essere inclusa insieme alla quantità di moto meccanica delle particelle.

Nella meccanica classica, la quantità di moto è associata alle particelle massive. Tuttavia, le equazioni di Maxwell sull'elettromagnetismo prevedono che le onde elettromagnetiche, come la luce, trasportino quantità di moto pur essendo prive di massa. Questo fu un concetto rivoluzionario. La conservazione della quantità di moto totale in un sistema contenente particelle cariche e campi elettromagnetici richiede di tenere conto della quantità di moto immagazzinata nei campi stessi.

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 velocità di variazione di questa quantità di moto totale è governata dal flusso di quantità di moto attraverso il confine del volume, descritto dal tensore degli sforzi di Maxwell. Questo tensore descrive le forze che i campi elettromagnetici esercitano sull'ambiente circostante, inclusa la pressione di radiazione. Il concetto è cruciale per comprendere fenomeni come le vele solari, in cui la pressione della luce solare spinge un veicolo spaziale.

UNESCO Nomenclature: 2204
- Elettromagnetismo

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Fondamento

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Le equazioni dell'elettromagnetismo di James Clerk Maxwell
  • Il concetto di campi di Michael Faraday
  • Scoperta della velocità finita della luce
  • Legge classica di conservazione della quantità di moto

Applicazioni

  • vele solari per la propulsione di veicoli spaziali
  • pinzette ottiche per manipolare oggetti microscopici
  • raffreddamento laser degli atomi
  • calcoli della pressione di radiazione in astrofisica
  • progettazione di sistemi laser ad alta potenza

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

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Argomenti correlati: quantità di moto elettromagnetica, vettore di Poynting, equazioni di Maxwell, pressione di radiazione, tensore degli sforzi di Maxwell, densità di quantità di moto, campo elettromagnetico, luce, vela solare, pinzette ottiche.

Contesto storico

Momento elettromagnetico

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

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

Invenzioni, innovazioni e principi tecnici correlati

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