„Wiatr Poyntinga” i „okoliczności przewodowe”

Poniższy artykuł jest ważną częścią Radiowej Oślej Łączki, ponieważ pokazuje szereg aspektów związanych z ważnym w technice radiowej pojęciem wektora Poyntinga. Sygnalizuje kilka interesujących zagadnień, a także jest zachętą do samodzielnego zbadania pewnych fundamentalnych kwestii.

W poprzednim artykule tej serii omówiłem, a właściwie krótko przypomniałem, mało znaną koncepcję „prądu energii”, którą pod koniec XIX wieku bezskutecznie próbował spopularyzować genialny Heaviside.

Przypomniałem też wyobrażenia tego geniusza, który uważał, że napięcie i prąd elektryczny nie są przyczynami, tylko skutkami przepływu, przekazywania energii. Zawsze bezprzewodowego przekazywania energii poprzez współdziałanie pola elektrycznego i pola magnetycznego.

„Prąd energii” oraz wektor Poyntinga

Jak pokazałem w poprzednim artykule tej serii, koncepcja „prądu energii”, którą próbował wprowadzić samouk Heaviside, nie zyskała popularności. Ale mamy z nią do czynienia w praktyce! Tylko inaczej to wszystko nazywamy – mianowicie studenci uczą się o wektorze Poyntinga, czyli o kwestiach, którymi zajmował się też Heaviside.

John Henry Poynting był szanowanym naukowcem, profesorem (rysunek 1), a w omawianych teraz kwestiach niejako następcą wcześnie zmarłego Maxwella.

Kontynuował prace Maxwella i, podobnie jak Heaviside, zajmował się m.in. kwestią transferu, transportu energii elektromagnetycznej, czego przykładem jest pochodzący z jego pracy rysunek 2.

Trudne pojęcia „prądu energii” Heaviside’a oraz równie trudne pojęcie wektora Poyntinga okazują się ogromnie ważne, wręcz niezbędne w kontekście „elektroniki radiowej”. Bez tego ani rusz!

Oto wstępne wyjaśnienia, ale absolutnie nie przejmuj się, jeśli nie wszystko z tego zrozumiesz.

Otóż przenoszeniem energii elektromagnetycznej rządzi na pozór prosty wzór Poyntinga: S = E × H, a raczej Ŝ = Ê × Ĥ, gdzie E to natężenie pola elektrycznego (związanego z napięciem elektrycznym U), a H to natężenie pola magnetycznego (związanego z prądem elektrycznym I).

Wielkość S, a właściwie Ŝ, związana z przenoszeniem energii, jest pomnożeniem natężeń pola elektrycznego i magnetycznego, a to słusznie i nieprzypadkowo przypomina jakże znajomy, podstawowy, oczywisty wzór P = U · I.

W przypadku zależności Ŝ = Ê × Ĥ sprawa okazuje się trudna, bo tu już nie sposób znaleźć dobrych, prostych analogii „na chłopski rozum” i nie unikniemy odrobiny zaawansowanej matematyki. Wzór na pozór jest prosty, tylko czy wielkość S jest mocą? Słusznie niepokoić mogą też „daszki nad literami”.

Otóż S (Ŝ) to nie jest moc, tylko (punktowa) gęstość mocy strumienia energii. Natomiast „daszki” sygnalizują, że należy tu mówić o wektorach, a może nawet o tensorach.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w numerze lutowym czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 2/2025). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite i dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 10 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 2/2025 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki

 

Uwaga! Osoby, które nie są (jeszcze) moimi stałymi Patronami, mogą nabyć PDF-y z pełną wersję tego numeru oraz wszystkich innych numerów czasopisma wydanych od stycznia 2023, „stawiając mi kawę” (10 złotych za jeden numer czasopisma w postaci pliku PDF).
W tym celu należy kliknąć link (https://buycoffee.to/piotr-gorecki), lub poniższy obrazek

Następnie wybrać – Postaw kawę za:
– jeśli jeden numer ZE – 10 zł,
– jeśli kilka numerów ZE – Własna kwota. I tu wpisać kwotę zależną od liczby zamawianych numerów – wydań (N x 10 zł),
Wpisać imię nazwisko.
Podać adres e-mail.
Koniecznie zaznaczyć: „Chcę dodać dedykację/Wiadomość dla Twórcy” i tu wpisać, który numer lub numery ZE mam wysłać na podany adres e-mailowy. Jeśli ma to być numer z tym artykułem trzeba zaznaczyć, że chodzi o ZE 2/2025.
UWAGA!!! E-mail z linkiem do materiałów (Smash) wysyłamy zazwyczaj w ciągu 24 godzin. Czasem zdarza się jednak, że trafia do spamu. Jeśli więc nie pojawi się w ciągu 48 godzin prosimy sprawdzić w folderze spam, a ewentualny problem zgłosić na adres: kontakt@piotr-gorecki.pl.