¿Cuál es el significado del teorema de Poynting?

El teorema de Poynting es la afirmación de la conservación local de la energía en la electrodinámica clásica. Une la energía mecánica (cinética) y la energía almacenada en los campos electromagnéticos, lo que justifica las fórmulas:

  • [matemática] u = \ frac {\ epsilon_0} {2} E ^ 2 + \ frac {1} {2 \ mu_0} B ^ 2 [/ matemática] para la densidad de energía del campo electromagnético
  • la definición del vector de Poynting, [math] \ mathbf {S} = \ frac {1} {\ mu_0} (\ mathbf {E} \ times \ mathbf {B}) [/ math] y la afirmación de que representa el flujo de energía electromagnética.

Sin el teorema de Poynting, no es obvio que la energía se conserve en la electrodinámica, ni que se pueda hacer para satisfacer una ley de conservación local sensata en lugar de una ley de conservación global más general.

El teorema de Poynting se deriva de un resultado más profundo y más general: la conservación del tensor de energía de estrés [matemática] T ^ {\ mu \ nu} [/ matemática] derivada del teorema de Noether, con una contribución del campo electromagnético. Es la declaración [math] \ partial_ \ nu T ^ {0 \ nu} = 0 [/ math] escrita explícitamente en términos de campos y corrientes. Las otras tres corrientes conservadas [matemáticas] T ^ {a \ nu} [/ matemáticas] (a = 1, 2, 3) son momentáneas.

Sin entrar en los detalles completos y agregar a la respuesta de Brian Bi, el Teorema de Poynting da el vector de Poynting, que indica la dirección de la energía para una onda electromagnética. Esto es importante porque hay casos en que las direcciones de energía de la onda son diferentes de su velocidad de onda (el vector de onda generalmente se define por k ).

En el caso del índice negativo de metamateriales de refracción, el flujo de energía (definido por el vector de Poynting) es opuesto al de la velocidad de onda (definida por el vector de onda) [1].

[1] Refracción negativa de Pendry (2004)

No estoy familiarizado con la notación [math] \ mathbf {\ hat {a}} _ {z} [/ math]. De la imagen, parece una especie de vector de unidad toroidal, pero la z no tiene sentido en ese sentido.

En cualquier caso, debe integrar la corriente sobre la superficie y utilizar la Ley de Ampère para calcular el campo magnético. No puedo decir más sin entender la notación de densidad actual.

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