Энергетический ток
Ток энергии — это поток энергии, определяемый вектором Пойнтинга ( E × H ), в отличие от нормального тока (потока заряда ). Первоначально это было постулировано Оливером Хевисайдом . Это также неофициальное название потока энергии .
Объяснение
[ редактировать ]«Ток энергии» — это несколько неформальный термин, который иногда используется для описания процесса передачи энергии в ситуациях, когда передачу полезно рассматривать с точки зрения потока. Он особенно используется, когда передача энергии более важна для обсуждения, чем процесс передачи энергии. Например, поток мазута в трубопроводе можно рассматривать как поток энергии, хотя это не было бы удобным способом визуализации наполненности резервуаров для хранения.
Единицами энергии тока являются мощности ( Вт ) . Это тесно связано с потоком энергии , который представляет собой энергию, передаваемую на единицу площади в единицу времени (измеряется в Вт/м). 2 ).
Энергетический ток в электромагнетизме
[ редактировать ]Конкретное использование концепции энергетического тока было предложено Оливером Хевисайдом в последней четверти XIX века. Несмотря на сильное сопротивление инженерного сообщества, [1] Хевисайд разработал физику скорости/импеданса/искажения сигнала в телеграфных, телефонных и подводных кабелях. Он изобрел «линию без искажений» с нагрузкой на индуктор, позже запатентованную Майклом Пупином в США. [2] Основываясь на концепции вектора Пойнтинга , который описывает поток энергии в поперечной электромагнитной волне как векторное произведение ее электрического и магнитного полей ( E × H ), Хевисайд стремился расширить это понятие, рассматривая передачу энергии за счет электрический ток в проводнике аналогичным образом. При этом он перевернул современный взгляд на ток, так что электрические и магнитные поля, создаваемые током, являются «первичными двигателями», а не результатом движения заряда в проводнике. [3]
У подхода Хевисайда в то время были некоторые сторонники — достаточно, чтобы поссориться с «традиционалистами» в печати. Однако теория «энергетического тока» представляла ряд трудностей, в первую очередь то, что, утверждая, что энергия текла в электрических и магнитных полях вокруг проводника, теория не могла объяснить, почему заряд кажется текущим в проводнике. Еще одним серьезным недостатком является то, что электротехника и инженерия построены на решениях уравнений Максвелла , в которых электрический ток, выраженный через вектор плотности тока J , является фундаментальной величиной, а так называемый «энергетический ток» не появляется. Более того, не существует эквивалентных уравнений, описывающих физическое поведение вектора Пойнтинга , на котором основано понятие тока энергии.
После открытия электрона в 1897 году очень быстро получила развитие модель Друде , описывающая электропроводность в металлах. Связывая несколько абстрактную концепцию движущегося заряда с гораздо более конкретным движением заряженных электронов, модель Друде эффективно работает одновременно с традиционными взглядами на «ток заряда» и взглядами Хевисайда на «энергетический ток». С этим достижением «унификации» подход энергетического тока в значительной степени потерял популярность, потому что, опуская концепции, связанные с проводимостью, он не имеет прямой модели для (например) закона Ома . В результате его менее удобно использовать, чем «традиционный» подход зарядного тока, который определяет понятия тока, напряжения, сопротивления и т. д., обычно используемые для электромонтажных работ.
Диаграммы потоков Пойнтинга являются частью инженерной техники E&M, теории линий передачи и проектирования антенн, но редко встречаются в текстах по электронике. [4]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Максвеллианцы»Брюс Дж. Хант, 1991 г.Издательство Корнелльского университета
- ^ "Изобретение"Доктор Норберт Винер, 1993 г. ISBN 0-262-23167-0 С Прессойстр. 69-76
- ^ «Проектирование цифрового оборудования»Айвор Кэтт, Дэвид Уолтон, Малкольм Дэвидсон, 1979 г. ISBN 0-333-25981-5 п. 65 [1] [2]
- ^ «Куда течет энергия в простой схеме?» кУильям Бити