Перенос энергии электромагнитным полем

В соответствии с определением плотности потока энергии, поток электромагнитной энергии через поверхность может быть найден по формуле:

. (22.26)

Применим эту формулу к однородному цилиндрическому проводнику, по которому течет постоянный ток с одинаковой по сечению проводника плотностью . Выделим внутри проводника соосный ему цилиндр радиуса и высоты . Поскольку по закону Ома , то электрическое поле в проводнике однородно и направлено вдоль оси цилиндра. Магнитное поле в проводнике определяется формулой и направлено перпендикулярно электрическому по касательной к поверхности цилиндра – рисунок 22.2. Следовательно во всех точках поверхности цилиндра вектор Пойнтинга одинаков по модулю и направлен внутрь цилиндра к его оси. Поток энергии через поверхность цилиндра совпадает с потоком через боковую поверхность (поток через основания равен нулю)

(22.27)

Но по закону Джоуля-Ленца есть энергия, выделяющаяся в единицу времени в единице объема проводника при протекании по нему тока, и можно утверждать, что эта энергия поступает в проводник через его боковую поверхность.

Если рассматриваемый участок цепи является неоднородным (т.е на участке действуют сторонние силы) и поле сторонних сил можно считать однородным, то в соответствии с законом Ома в дифференциальной форме , откуда следует, что напряженность электрического . В частном случае, если , то напряженность электростатического поля равна нулю, и энергия выделяется в проводнике за счет действия сторонних сил. Поток энергии через поверхность проводника в этом случае отсутствует.

Возможна ситуация, когда напряженность поля сторонних сил . В этом случае направление вектора становится противоположным, показанному на рисунке, а это означает, что вектор Пойнтинга также имеет направление, противоположное показанному. В этом случае поток энергии направлен через боковую поверхность проводника в окружающее пространство.

Итак, можно утверждать, что в замкнутой цепи постоянного тока энергия от источников тока передается в другие участки цепи не вдоль проводников, а через окружающее пространство в виде потока электромагнитной энергии.