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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)

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 dovere be included alongside the mechanical momentum of the particles.

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].

Il tasso di variazione di questa quantità di moto totale è governato dal flusso di quantità di moto attraverso il confine del volume, che è descritto da Maxwell Tensore di stress. Questo tensore descrive le forze che i campi elettromagnetici esercitano sull'ambiente circostante, inclusa la pressione di radiazione. Il concetto è fondamentale 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
  • radiation pressure calculations in astrofisica
  • progettazione di sistemi laser ad alta potenza

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • raggi traenti basati su campi di luce strutturati
  • propulsione fotonica per microsonde interstellari
  • non-invasive cell ordinamento using optical forces
  • sistemi di rimozione dei detriti basati su laser per l'orbita terrestre
  • sviluppo di orologi ottici ultra stabili
  • creation of novel metamaterials that manipulate light’s momentum
  • laser-induced fusion ignition systems
  • pulizia atmosferica mediante canali al plasma indotti dal laser
  • tecniche di litografia avanzate che utilizzano la pressione di radiazione
  • manipolazione senza contatto di materiali in ambienti sotto vuoto o sterili
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)

decimo anno anniversario

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