Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Энергетический ток — это поток энергии, определяемый вектором Пойнтинга (E × H), в отличие от обычного тока (потока заряда). Он был впервые предложен Оливером Хевисайдом. Это также неформальное название для энергетического флюса.
Energy current is a flow of energy defined by the Poynting vector (E × H), as opposed to normal current (flow of charge). It was originally postulated by Oliver Heaviside. It is also an informal name for Energy flux.
Пояснение
"Энергетический ток" – это несколько неформальный термин, который изредка используется для описания процесса передачи энергии в ситуациях, когда передачу целесообразно рассматривать как поток. Особенно часто он применяется, когда передача энергии важнее для обсуждения, чем сам механизм передачи. Например, течение мазута по трубопроводу можно рассматривать как энергетический ток, хотя это не самый удобный способ представить степень заполненности резервуаров. Единицы измерения энергетического тока – единицы мощности (Вт). Это тесно связано с энергетическим потоком, который представляет собой энергию, передаваемую в единицу времени через единицу площади (измеряется в Вт/м²).
"Energy current" is a somewhat informal term that is used, on occasion, to describe the process of energy transfer in situations where the transfer can usefully be viewed in terms of a flow. It is particularly used when the transfer of energy is more significant to the discussion than the process by which the energy is transferred. For instance, the flow of fuel oil in a pipeline could be considered as an energy current, although this would not be a convenient way of visualising the fullness of the storage tanks. The units of energy current are those of power (W). This is closely related to energy flux, which is the energy transferred per unit area per unit time (measured in W/m).
Энергетический ток в электромагнетизме
Оливер Хевсайд в последней четверти XIX века выдвинул конкретное применение концепции энергетического тока. Несмотря на сильное сопротивление со стороны инженерного сообщества, Хевсайд разработал физику скорости распространения сигнала, импеданса и искажений в телеграфе, телефоне и подводных кабелях. Он изобрел индуктивно нагруженную "линию без искажений", позднее запатентованную Майклом Пупином в США. Развивая концепцию вектора Пойнтинга, описывающего поток энергии в поперечной электромагнитной волне как векторное произведение его электрического и магнитного полей (E × H), Хевсайд стремился распространить её на перенос энергии, обусловленный электрическим током в проводнике, рассматривая этот процесс аналогичным образом. В результате он пересмотрел общепринятое представление о токе, сделав электрические и магнитные поля, создаваемые током, "первопричинами" движения, а не следствием движения заряда в проводнике. Подход Хевсайда нашел некоторое количество сторонников в то время – достаточное, чтобы вступать в полемику с "традиционалистами" в печати. Однако концепция "энергетического тока" представляла ряд трудностей, в частности, тот факт, что, утверждая, что энергия течет в электрических и магнитных полях вокруг проводника, теория не может объяснить, почему наблюдается течение заряда в самом проводнике. Другим существенным недостатком является то, что электротехника и электротехнологии основаны на решениях уравнений Максвелла, в которых электрический ток, выраженный через вектор плотности тока J, является фундаментальной величиной, в то время как так называемый "энергетический ток" в них не фигурирует. Кроме того, не существует эквивалентных уравнений, описывающих физическое поведение вектора Пойнтинга, на котором базируется концепция энергетического тока. После открытия электрона в 1897 году была быстро разработана модель Друде, описывающая электрическую проводимость в металлах. Сопоставляя несколько абстрактное понятие движущегося заряда с более конкретным движением заряженных электронов, модель Друде эффективно учитывает как традиционное представление о "токе заряда", так и "энергетический ток" Хевсайда одновременно. С этим достижением "унификации" подход энергетического тока в значительной степени утратил свою актуальность, поскольку, исключая понятия, связанные с проводимостью, он не имеет прямой модели для (например) закона Ома. В результате он менее удобен в использовании, чем "традиционный" подход к току заряда, который определяет понятия тока, напряжения, сопротивления и т.д., общепринятые в электротехнике. Диаграммы потока Пойнтинга используются в электромагнитной инженерии, теории линий передачи и проектировании антенн, но редко встречаются в учебниках по электронике.
A specific use of the concept of energy current was promulgated by Oliver Heaviside in the last quarter of the 19th century. Against heavy resistance from the engineering community, Heaviside worked out the physics of signal velocity/impedance/distortion on telegraph, telephone, and undersea cables. He invented the inductor loaded "distortionless line" later patented by Michael Pupin in the USA. Building on the concept of the Poynting vector, which describes the flow of energy in a transverse electromagnetic wave as the vector product of its electric and magnetic fields (E × H), Heaviside sought to extend this by treating the transfer of energy due to the electric current in a conductor in a similar manner. In doing so he reversed the contemporary view of current, so that the electric and magnetic fields due to the current are the "prime movers", rather than being a result of the motion of the charge in the conductor. Heaviside's approach had some adherents at the time—enough, certainly, to quarrel with the "traditionalists" in print. However, the "energy current" view presented a number of difficulties, most notably that in asserting that the energy flowed in the electric and magnetic fields around the conductor the theory is unable to explain why the charge appears to flow in the conductor. Another major flaw is that electrical science and engineering are built on solutions of Maxwell's Equations in which the electric current expressed through the current density vector J – is a fundamental quantity, while a so called 'energy current' does not appear. Moreover, there are no equivalent equations describing the physical behaviour of the Poynting vector on which the concept of energy current is based. After the discovery of the electron in 1897, the Drude model, which describes electrical conduction in metals, was developed very quickly. By associating the somewhat abstract concept of moving charge with the rather more concrete motion of the charged electrons, the Drude model effectively deals with the traditional "charge current" and the Heaviside "energy current" views simultaneously. With this achievement of "unification", the energy current approach has largely lost favour, because in omitting the concepts related to conduction it has no direct model for (for example) Ohm's Law. In consequence it is less convenient to use than the "traditional" charge current approach, which defines the concepts of current, voltage, resistance, etc., as commonly used for electrical work. Poynting flow diagrams are part of E&M engineering, transmission line theory, and antenna design, but rare in electronics texts.