Jeśli fala elektromagnetyczna jest w stanie pobudzić Twój telefon komórkowy do działania, to musi przenosić energię z jednego miejsca przestrzeni do drugiego. Wiemy już jak wiąże się gęstość energii pola elektrycznego z natężeniem tego pola, wzór (3.4.6) lub (3.4.6), oraz gęstość energii pola magnetycznego z wartością wektora indukcji, wzór (6.4.5).Gęstość energii, to energia przypadająca na jednostkę objętości. Całkowita energia fali elektromagnetycznej zmagazynowana w jednostce objętości jest sumą energii pola elektrycznego i pola magnetycznego
![]() |
(9.5.1) |
gdzie E i B są wartościami natężenia pola
elektrycznego i indukcji pola magnetycznego w danym punkcie przestrzeni w
dowolnym momencie czasu. Pamiętając, że
oraz, że
możemy wzór (9.5.1) przepisać w postaci
![]() |
(9.5.1a) |
gdzie wyraziliśmy gęstość energii w funkcji natężenia pola elektrycznego. Jest to dokładnie dwukrotnie więcej niż wkład składowej pola elektrycznego, czyli oba pola mają jednakowy wkład do energii pola elektromagnetycznego. Możemy oczywiście wyrazić także gęstość energii w funkcji wartości wektora indukcji pola magnetycznego
![]() |
(9.5.1b) |
Podobnie możemy zapisać wyrażenie na gęstość energii w funkcji E i B
![]() |
(9.5.1c) |
Określmy teraz energię transportowaną przez falę elektromagnetyczną w
jednostce czasu. Kierunek transportu energii pokrywa się z kierunkiem
rozchodzenia się fali i jest prostopadły do kierunków wektorów
i
.
W czasie dt fala przesuwa się o odcinek
.
Przez powierzchnię S prostopadłą do kierunku rozchodzenia się
fali przetransportowana jest energia zawarta w objętości
.
Energia ta wynosi
.
Energia przenoszona przez jednostkową powierzchnie w jednostce czasu wynosi więc
![]() |
(9.5.2) |
Wykorzystując znów związki:
oraz
możemy wzór (9.5.2) przepisać w postaci
![]() |
(9.5.2a) |
Energia ta przenoszona jest w kierunku prostopadłym do wektorów
i
.
Możemy więc zdefiniować wektor którego wartość określa energię
przenoszoną przez jednostkową powierzchnię w jednostce czasu, a kierunek
wskazuje kierunek przenoszenia tej energii. Pamiętając, że wektory
i
są do siebie prostopadłe zapisujemy wzór (9.5.2.a) w postaci wektorowej
![]() |
(9.5.3) |
Określony wzorem (9.5.3) wektor nosi nazwę wektora Poyntinga.