energija polja

O naravnih pojavih. Kaj je ...? Kakšen je...?
Uporabniški avatar
fogl
Prispevkov: 543
Pridružen: 7.11.2004 20:25
Kraj: Radovljica

energija polja

Odgovor Napisal/-a fogl » 13.3.2009 16:54

Ne razumem povsem kaj je to energija polja. Npr. energija električnega polja je energija, ki je potrebna da električno nabite delce prenesemo iz neskončnosti v neko el. polje \(\frac{QU}{2}\). To je jasno. Potem pa je tukaj gostota energije električnega polja \(\frac{ED}{2}\). To pa ni jasno. Kako lahko rečemo da ima nek volumen prostora z nekim \(E\) in nekim \(D\) energijo. Saj nima energije prostor, energijo ima električno nabit delec v tem prostoru (če tam sploh je).

Kaj pa gostota energije magnetnega polja \(\frac{BH}{2}\). V čem je sploh nakopičena energija magnetnega polja npr. električnega vodnika v vakuumu. Saj tam ničesar ni.

Kaj pa energija gravitacijskega polja, ta tudi obstaja, tega izraza pa še nisem slišal?

Uporabniški avatar
Aniviller
Prispevkov: 7263
Pridružen: 15.11.2004 18:16

Re: energija polja

Odgovor Napisal/-a Aniviller » 13.3.2009 18:21

Ja, prostor z elektromagnetnim poljem ima energijo. Bolj natancno, ima tudi gibalno kolicino, tlak,... Samo poglej svetlobo - ta ne samo da ima energijo, ampak jo tudi nosi (kar je razlika od staticnega polja). Ne vem zakaj energije ne bi smel imeti prostor? Energija je gonilo gibanja (dobesedno - enacbe gibanja lahko izpeljemo zgolj iz energijskih zakonov) in elektricno polje ima svojo dinamiko.

Uporabniški avatar
fogl
Prispevkov: 543
Pridružen: 7.11.2004 20:25
Kraj: Radovljica

Re: energija polja

Odgovor Napisal/-a fogl » 13.3.2009 18:57

Aniviller napisal/-a:Ne vem zakaj energije ne bi smel imeti prostor?
Zakaj pa bi jo smel imet? 8)

Ali ni energija vezna na neko snov? Ali nima energijo neka snov ki jo položimo v neko polje z gradientom? Gibalno enačbo tudi izpelješ npr. za nek kamen ki ga vržeš z mostu v reko, ne izpelješ je za prostor med mostom in reko.

Uporabniški avatar
Aniviller
Prispevkov: 7263
Pridružen: 15.11.2004 18:16

Re: energija polja

Odgovor Napisal/-a Aniviller » 13.3.2009 19:43

Pozabljas nekaj: polje, v katerega polozis snov je tudi posledica neke druge snovi, ki to polje proizvaja. Celotno teorijo elektromagnetnega polja se da interpretirati tako, da so sile pravzaprav posledica napetosti v polju med delcema.
Ce ne upostevas energije in gibalne kolicine polja, se ti te kolicine sploh ne ohranjajo!

Uporabniški avatar
fogl
Prispevkov: 543
Pridružen: 7.11.2004 20:25
Kraj: Radovljica

Re: energija polja

Odgovor Napisal/-a fogl » 14.3.2009 11:40

Nisem pozabil tega, ampak še vedno vidim razlage v tem.

Kako pa potem lahko črpaš energijo iz polja, kako bi npr. izkoristil energijo električnega polja v okolici nekega nabitega delca?

Uporabniški avatar
Aniviller
Prispevkov: 7263
Pridružen: 15.11.2004 18:16

Re: energija polja

Odgovor Napisal/-a Aniviller » 14.3.2009 13:18

Energija polja v okolici nabitega delca pravzaprav pripada delcu: kamorkoli ta delec postavis, bo tvoril polje z neko energijo. Edini nacin, da bi sprostil to energijo je, da bi iznicil naboj delca! Podobno recimo velja za energijo mase: sprostis jo samo pri anihilaciji z antimaterijo.

Tezava je v tem, da si predstavljas ta prostor kot prazen. Prostor z vzbujenim elektricnim poljem ni prazen, prav tako kot ni prazen bazen z vodo (pravzaprav je stvar precej podobna, ravno tako imas pri vodi prostorsko porazdelitev vektorja hitrosti, imas pri EMP elektricno polje, enacbe so pa tudi malo podobne, dokler so hitrosti majhne).
V kvantnem opisu celo ne mores drugace, kot da vso to elektricno polje opises kot kup fotonov! Ravnovesnemu sevanju v vesolju lahko celo izmeris temperaturo, kot bi jo izmeril v vodi :)

Uporabniški avatar
fogl
Prispevkov: 543
Pridružen: 7.11.2004 20:25
Kraj: Radovljica

Re: energija polja

Odgovor Napisal/-a fogl » 14.3.2009 13:58

Aniviller napisal/-a:Tezava je v tem, da si predstavljas ta prostor kot prazen. Prostor z vzbujenim elektricnim poljem ni prazen...
Kako ni prazen. Električno polje je izmišljotina človeka da si enostavneje razlaga sile, ki bi delovale na nek delec, če bi se znašel tam. Dejansko pa bi na delec še vedno delovale sile drugih nabitih delcev v okolici, ne polje samo. V bazenu z vodo pa je voda tam, in ima vektor hitrosti, ne glede na to kaj si človek misli.

Uporabniški avatar
Aniviller
Prispevkov: 7263
Pridružen: 15.11.2004 18:16

Re: energija polja

Odgovor Napisal/-a Aniviller » 14.3.2009 14:25

Ja tukaj je pa prostor tam in ima vektor elektricnega polja. Elektricno polje ni samo orodje za izracunavo sil. Dokaz, da je polje fizikalno dejstvo je, da ima svojo dinamiko tudi brez prisotnosti snovi (elektromagnetno valovanje) in da nosi energijo in gibalno kolicino. To je bilo jasno takoj po objavi Maxwellovih enacb.
Ljudje so ze hoteli narediti isto kot poskusas ti zdajle - uvedli so eter, po katerem naj bi se sirilo to polje. Eter se je izkazal za napacno teorijo (je v nasprotju z relativnostjo). Elektromagnetno polje (in vsa ostala polja) obstajajo sama po sebi in so ravno tako del nasega prostora kot masna snov. Snov in polja moras obravnavati enakovredno ker eno brez drugega ne obstaja - preboleti moras to, da dajes prednost snovnim delcem.
Brez polja je recimo cel prostor prazen (tudi znotraj atoma bi po tej logiki rekel da je vse prazno) - delce itak zaznavamo samo preko sil. Delec je le zaznana spica v inteziteti polja (gravitacijskega, ce meris maso). Vakuum poln elektricnega polja sploh ni vakuum temvec juha fotonov, virtualnih parov delec-antidelec itd.

Uporabniški avatar
fogl
Prispevkov: 543
Pridružen: 7.11.2004 20:25
Kraj: Radovljica

Re: energija polja

Odgovor Napisal/-a fogl » 14.3.2009 14:56

Bom skušal preboleti :lol:
Aniviller napisal/-a:Dokaz, da je polje fizikalno dejstvo je, da ima svojo dinamiko tudi brez prisotnosti snovi (elektromagnetno valovanje) in da nosi energijo in gibalno kolicino. To je bilo jasno takoj po objavi Maxwellovih enacb.
Kje točno v Maxwellovih enačbah pa se to vidi? Jaz tega ne vidim.

Uporabniški avatar
Aniviller
Prispevkov: 7263
Pridružen: 15.11.2004 18:16

Re: energija polja

Odgovor Napisal/-a Aniviller » 14.3.2009 15:08

Dinamika polja brez prisotnosti izvorov je pac elektromagnetno valovanje.
Za ostalo pa:
http://www-f1.ijs.si/~rudi/lectures/EMP-SKRIPTA.pdf
recimo, stran 137.

problemi
Prispevkov: 4931
Pridružen: 24.8.2009 1:20

Re: energija polja

Odgovor Napisal/-a problemi » 7.9.2012 11:33

Aniviller napisal/-a:Dinamika polja brez prisotnosti izvorov je pac elektromagnetno valovanje.
Učim se o poljih, kot jih opredeljuje fizika. V virih berem, da sta si polje in izvor (no vsaj jaz tako razumem) na nek način neločljiva, torej čim imaš polje imaš tudi izvor in pa čim imaš izvor imaš tudi polje. Torej, bega me kdaj govorimo o polju brez prisotnosti izvorov. Ali je to zgolj teoretski nastavek in gre za obravnavo elektromagnetnega polja v vakuumu ali pa se v naravi dejansko lahko srečamo s primerom, ko bi imeli elektromagnetno polje ne bi pa imeli izvora tega polja.

Imam pa še eno vprašanje, na katerega bom dobil odgovor verjetno v nadaljnem branju virov, pa vseeno ... (upam da vprašanje ni čista neumnost). Ali je izvor elektromagnetnega polja istočasno tudi izvor gravitacijskega polja. Sam mislim, da je, vendar nisem prepričan.

Iskreno bi prosil za pomoč.

Uporabniški avatar
Aniviller
Prispevkov: 7263
Pridružen: 15.11.2004 18:16

Re: energija polja

Odgovor Napisal/-a Aniviller » 7.9.2012 14:18

Misljeno je polje v vakuumu. Vsako elektromagnetno valovanje res nastane na nekem izvoru (in ponikne tudi), razen ce obstaja ze od zmeraj :) Ampak po nastanku je pa samozadostno in prosto potuje po prostoru. Hotel sem reci, da ce pogledas odsek "praznega" prostora, je brez tezav lahko notri nekaj prostega elektromagnetnega valovanja. To je tudi v praksi res - celo vesolje je polno mikrovalovnega ozadja, ki ustreza sevanju telesa s temperaturo malo pod 3K.

V izvore gravitacijskega polja se steje celotna energijska gostota, vendar ne prispeva vse na isti nacin. Govorimo o tenzorju energijske gostote, ki ima vec komponent. Vpliv svetlobe na gravitacijo je na sreco v obicajnih razmerah popolnoma zanemarljiv, sicer bi opazili kup nenavadnih efektov (enacbe postanejo nelinearne: svetloba pri propagaciji sproti ukrivlja prostor, kar potem vpliva na propagacijo).

problemi
Prispevkov: 4931
Pridružen: 24.8.2009 1:20

Re: energija polja

Odgovor Napisal/-a problemi » 10.9.2012 16:03

Aniviller hvala.

Verjetno sem nestrpen in bom v viru našel tudi to, pa vendar. Vemo, da naslednji zvezi \(D=\epsilon_0 \epsilon E\) in \(P=\epsilon_0 (\epsilon - 1) E\) predstavljata osnovni relaciji, ki opisujeta električno polje v homogeni, izotropni snovi. Zanima me polje v nehomogeni in anizotropni snovi.

Vprašal bi tudi, ali enačbe v primeru, da izvor EM polja oscilira, recimo gor/dol, lahko za nek poljubno majhen \(\epsilon\), preidejo v nelinearne enačbe? Sam si predstavljam, da bi bilo EM valovanje v okolici izvora povsem turbulentno (ne vem če je to pravi izraz). Če se ne motim, koliko to stvari zakomplicira, če sploh jih zakomplicira? In pa seveda, ali ni takšna situacija pravzaprav vedno prisotna, ko opazujemo EM polje v snovi?

Uporabniški avatar
Aniviller
Prispevkov: 7263
Pridružen: 15.11.2004 18:16

Re: energija polja

Odgovor Napisal/-a Aniviller » 10.9.2012 16:24

Za anizotropno (vendar linearno) snov, je samo \(\epsilon\) tenzor - torej D in E nista vec nujno vzporedna. Seveda je to linearizirana zveza, ki velja samo za majhna elektricna polja (dokler se lahko snov polarizira glede na zunanje polje). Pri mocnih poljih pride do nasicenja in nimas vec kaj polarizirat. Pa se prebijat lahko zacne. Tako da v splosnem so enacbe elektromagnetnega polja v snovi res nelinearne. To se s pridom izkorisca pri snoveh, katerim se lomni kolicnik pod mocno osvetlitvijo spreminja (dobis lahko samodejno fokusiranje zarka).

Zapis z D-jem je seveda makroskopsko povprecje. Mikroskopsko gledano imas opravka s "tockastimi" naboji in torej neko gladko polje ni dober priblizek. Na mikroskopski sliki se torej vrnes na vakuumske enacbe, ker moras gibanju nabojev tocno sledit - vakuumske enacbe so pa itak linearne. Nelinearnost pride torej kot posledica povprecnega gibanja vezanih nabojev v snovi.

Nehomogena snov ni tako problematicna s strani enacb, le upostevat moras, da pri odvodih polja D pride del spremembe tudi zaradi spremembe dielektricnosti. Ce je nehomogenost na skali valovne dolzine, pride do sipanja na variacijah dielektricnosti.

problemi
Prispevkov: 4931
Pridružen: 24.8.2009 1:20

Re: energija polja

Odgovor Napisal/-a problemi » 11.9.2012 0:29

Nujno moram bolje zapopasti tenzorje. Če v primeru Einsteinove enačbe polja še nekako razumem, seveda za moje potrebe, "vlogo" tenzorjev, se glede tenzorjev pri elektromagnetnih poljih povsem zgubim. Sploh ko sem prebral naslednje: "Kot smo že rekli, vpeljava napetostnega tenzorja ni vedno mogoca." (str. 146) - parkrat sem preletel tekst, pa nisem opazil, da je to bilo že rečeno :? .

Prosil bi za kak vir, ki to razloži, bolj počasi. :) Nekaj sem sicer že našel, pa mi še ne gre.

Odgovori

Kdo je na strani

Po forumu brska: 0 registriranih uporabnikov in 2 gostov