전자기장

위키백과, 우리 모두의 백과사전.
이동: 둘러보기, 검색

전자기장(電磁氣場, electromagnetic field, 약자 EMF)은 벡터장전기장자기장을 총칭하여 이르는 말이다. 전기장의 , 전속밀도와 자기장의 힘, 자속밀도가 시간의 흐름에 따라 변화하는 경우에는 서로 상호작용에 의해서 한층 더 변화해 가므로 이 둘을 아울러 전자기장으로 정리해 부르며, 특수 상대성 이론에서는 전자기장 텐서라는 하나의 객체로서 나타내어진다.

전자기장의 변동이 파동으로서 공간을 통해 전파되는 현상을 전자파라고 한다. 전자기장의 시간 변화는 맥스웰 방정식양자전기역학을 통해 계산할 수 있다.

전자기장의 에너지[편집]

정적인 장소에 있어서의 에너지[편집]

전하전하 밀도 ρ로 분포하고 있는 경우

 U_e = \frac{1}{2} \int \rho(\mathbf{r}) \phi(\mathbf{r})d^3 r

또는

 U_e = \frac{1}{8 \pi \varepsilon_0} \int \frac{\rho(\mathbf{r}) \rho(\mathbf{r}')}{|\mathbf{r}-\mathbf{r}'|}d^3 r d^3 r'

의 에너지를 저축할 수 있다.

또, 전류전류 밀도 j로 분포하고 있는 경우

 U_m = \frac{1}{2} \int \mathbf{j}(\mathbf{r}) \cdot \mathbf{A}(\mathbf{r})d^3 r

또는

 U_m = \frac{\mu_0}{8 \pi} \int \frac{\mathbf{j}(\mathbf{r}) \cdot \mathbf{j}(\mathbf{r}')}{|\mathbf{r}-\mathbf{r}'|}d^3 r d^3 r'

의 에너지를 저축할 수 있다.

이것들을 장소의 양으로 나타내면

 U_e = \frac{\varepsilon_0}{2} \int \mathbf{E}^2d^3 r
 U_m = \frac{1}{2\mu_0} \int \mathbf{B}^2d^3 r

위와 같이 정리할 수 있다.

에너지 밀도[편집]

에너지 밀도

 u = \frac{1}{2}(\mathbf{E} \cdot \mathbf{D} + \mathbf{B} \cdot \mathbf{H})
 = \frac{1}{2}\left(\varepsilon \mathbf{E}^2 + \frac{1}{\mu} \mathbf{B}^2 \right)

로 정의되는 물리량이다.

전자기장이 가지는 에너지의 밀도를 나타내고 있어 전자기장이 외부에 일을 하지 않는 경우

\frac{\partial u}{\partial t} + \mathrm{div}\mathbf{S} = 0

연속의 방정식을 채운다. 여기서, S는 포인팅 벡터이다. 포인팅 벡터는 전자기장의 에너지의 흐름을 나타내고 있어 이 식은 전자장의 에너지가 보존하고 있는 것을 나타내고 있다.

같이 보기[편집]