波印亭定理

王朝百科·作者佚名  2010-06-08
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波印亭定理是约翰·亨利·波印亭发现的关于电磁场的能量守恒的定理。它把能量密度u的时间导数,与能量的流动,以及与电磁场做功的速率联系起来。由以下的公式总结:

其中S是波印亭矢量,表示能量的流动,J是电流密度,E是电场强度。能量密度u为(符号ε0是真空介电常数,μ0是真空磁导率):

由于磁场不做功,等式的右端便给出了电磁场每秒·米所做的总功的负值。

积分形式的波印亭定理为:

其中是包围着体积的曲面。

在电机工程中,该定理通常写成以下把能量密度u展开的形式,这与连续性方程相似:

推导

这个定理可以从麦克斯韦方程组中的两个方程推出。首先考虑法拉第电磁感应定律:

两边取与的点积,得:

接着考虑安培环路定律:

两边取与的点积,得:

第一个方程减去第二个方程,得:

最后,根据乘积法则(两个矢量的叉积的散度),可得:

由于波印亭矢量定义为:

因此与以下是等价的:

 
 
 
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