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電磁運動量

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

(画像はイメージです)

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 しなければならない be included alongside the mechanical momentum of the particles.

古典力学では、運動量は質量を持つ粒子に関連付けられています。しかし、マクスウェルの電磁気学方程式は、光などの電磁波が質量を持たないにもかかわらず運動量を持つことを予測しています。これは画期的な概念でした。荷電粒子と電磁場を含む系における全運動量の保存則は、電磁場自体に蓄えられた運動量を考慮に入れる必要があるのです。

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].

この全運動量の変化率は、体積の境界を横切る運動量の流れによって決まり、それは次のように記述されます。 マックスウェル 応力テンソル。このテンソルは、電磁場が周囲に及ぼす力(放射圧を含む)を記述する。この概念は、太陽光の圧力によって宇宙船を推進させるソーラーセイルのような現象を理解する上で非常に重要である。

UNESCO Nomenclature: 2204
電磁気学

タイプ

抽象システム

混乱

基礎

使用法

広く普及している

前駆物質

  • ジェームズ・クラーク・マクスウェルの電磁気学の方程式
  • マイケル・ファラデーの場の概念
  • 光の速度が有限であることの発見
  • 古典法則 運動量保存の法則

アプリケーション

  • 宇宙船推進のためのソーラーセイル
  • 微小物体を操作するための光ピンセット
  • 原子のレーザー冷却
  • radiation pressure calculations in 天体物理学
  • 高出力レーザーシステムの設計

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

  • tractor beams based on structured light fields
  • photonic propulsion for interstellar micro-probes
  • non-invasive cell 並べ替え using optical forces
  • laser-based debris removal systems for Earth orbit
  • development of ultra-stable optical clocks
  • creation of novel metamaterials that manipulate light’s momentum
  • laser-induced fusion ignition systems
  • atmospheric cleaning using laser-induced plasma channels
  • advanced lithography techniques using radiation pressure
  • contactless manipulation of materials in vacuum or sterile environments
関連キーワード:電磁運動量、ポインティングベクトル、マクスウェル方程式、放射圧、マクスウェル応力テンソル、運動量密度、電磁場、光、ソーラーセイル、光ピンセット。

歴史的背景

電磁運動量

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

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

10年目 周年

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