Izvestiya of Saratov University.

Physics

ISSN 1817-3020 (Print)
ISSN 2542-193X (Online)


For citation:

Davidovich M. V. On Conservation Lows for Energy and Momentum in Electromagnetic Field in Media and Under Plane Wave Diffraction on Conducting Plate. Izvestiya of Sarat. Univ. Physics. , 2009, vol. 9, iss. 2, pp. 65-89. DOI: 10.18500/1817-3020-2009-9-2-65-89

This is an open access article distributed under the terms of Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC-BY 4.0).
Full text:
(downloads: 54)
Language: 
Russian
Heading: 
UDC: 
621.371

On Conservation Lows for Energy and Momentum in Electromagnetic Field in Media and Under Plane Wave Diffraction on Conducting Plate

Autors: 
Davidovich Mikhail Vladimirovich, Saratov State University
Abstract: 

The general nonstationary balance equations for energy and momentum densities of field-matter system based on rigorous nonstationary approach for their definitions with dependence from the field creation prehistory have been obtained. Also the transport velocities of these densities have been derived. The concrete examination and detailed consideration have been performed for simplest dispersion low which is defined by the conductivity connected with the dissipation. There are following parameters which have been found for plane monochromatic wave under this low: the energy density, the phase velocity, the group velocity, and the transport velocities of energy and momentum. It has been shown that the energy density has the static form in which the dielectric permittivity must be replaced by its real part, and the energy transport velocity coincides with the phase velocity. The group velocity in this case may exceed the light velocity in the vacuum. It has been also shown that correct form of momentum density is the Minkowski one, and the momentum transport velocity in this case also coincides with phase velocity. The energy and momentum conservation have been shown for plane electromagnetic wave in the conducting medium and for plane wave diffraction on the conducting plate.

Key words: 
Reference: 

1. Minkowski H. Die Grungleichungen fflr die electromagmetischen Vorgange in bewegten Korpern // Nachrichten von der Gesellschail dcr Wissenschaften zu. Guttingen, 1908. P.111.

2. Abraham M. Zur Electrodynamikbewegter Korper // Rendiconti Circolo Matematico di Palermo. 1909. Vol.28. P. 1-28.

3. Гинзбург B.JI. О законах сохранения энергии и импульса при излучении электромагнитных волн (фотонов) в среде и о тензоре знергии-имнульса в макроскопической электродинамике// УФЫ. 1973. ТЛЮ, вьп. 2. С.309-319.

4. Скобельцын Д.В. О тензоре импульс-энергии электромагнитного поля// УФН. 1973. ТЛЮ, вып. 2. С.253-292.

5. Гинзбург В.Л., Угаров В.А. Несколько замечаний о силах и тензоре энергии-импульса в макроскопической элеетродинамике // УФН. 1976. Т.118, вып.1. С.175-188.

6. Brevik I. Electromagnetic energy-momentum tensor within material media. II. Discussion onf various tensor forms // Mat. Phys. Med. Dan. Vid. Seise. 1970. Vol.37, №13. P.l-79.

7. Groot S. de, Suttorp L. The relativistic energy-momentum tensor in polarized media: IV. The macroscopic material energy-momentum tensor//Physica. 1968. Vol.38. P.84.

8. Гроот СР. de, Cammopn Л.Г. Электродинамика. М.: Наука, 1982. 530 с.

9. Скобельцын Д.В. Парадоксы квантовой теории эффектов Вавилова-Черепкова и Доплера // УФН. 1977. Т. 122. С. 295.

10. Гинзбург В.Л. Замечания к статье Д.В. Скобельцина «Парадоксы квантовой теории эффектов Вавилова-Черенкова и Допшгера» // УФН. 1977. Т.1226. С.325.

11. Leonhardt U. Momentum in an uncertain light // Nature. 2006. Vol.444. P.823-824.

12. Pfeifer R.N., Nieminen T.A., Heckenberg N.R., Rubinsztein-DunlopH. // Rev. Mod. Phys. 2007. Vol.79. P. 197.

13. Obukhov Yu.N. Electromagnetic energy and momentum in moving media // Annalen der Physik. 2008. №8. P. 1-22.

14. Давидович М.В. О парадоксе Хартмана, туннелировании электромагнитных волн и сверхсветовых скоростях // УФН. 2009. Т.179, №4. С.443-446.

15. Ахиезвр А.И., Ахиезер И.А. Электромагнетизм и электромагнитные волны. М.: Высш. шк., 1985. 504 с.

16. Давидович М.В. О плотности электромагнитной энергии и ее скорости в среде с аномальной положительной дисперсией // Письма в ЖТФ. 2006. Т.32, вып.22. С.53-63.

17. Виноградов А.П. К вопросу о материальных уравнений в электродинамике // УФН. 2002. Т. 172, №3. С.363-370.

18. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1982. 624.

19. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Электродинамика. М.: Мир, 1966. Т.6. 260 с.

20. Гайтлер В. Квантовая теория излучения. М.: Иностр. лит., 1956. 492 с.

21. Умов Н.А. Теория простых сред и её приложение к вопросу основных законов электростатических и электродинамических взаимодействий. Одесса. 1873.

22. Окунь Л.Б. Понятие массы (Масса, энергия, относительность) // УФН. 1989. Т.158, вып.З. С.511-530.

23. Окунь Л.Б. О письме Р.И. Храико «Что есть масса?» // УФН. 2000. Т.170, №12. С.1366-1371.

24. Котельников И.А. О затухании в волноводе // ЖТФ. 2004. Т.74, вып.9. С.91-96.

25. Ordal M.A., Long 1..L, Bell RJ. et al. Optical properties of the metals Al, Co, Cu, Au, Fe, Pb, Ni, Pd, Pt, Ag, Ti, and W in the infrared and far infrared// Appl. Opt. 1983. Vol.22, №7. P. 1099-1120.

26. Марков Г.Т., Чаплин А.Ф. Возбуждение электромагнитных волн. М.: Радио и связь, 1983. 296 с.

27. Зилъберглейт А.С, Копилевич К).И. О скорости переноса энергии волнами // ЖТФ. 1980. Т.50, №2. С.241-251.

28. Зильберглейт А.С, Копилевич Ю.И. О скорости переноса энергии волнами// ЖТФ. 1980. Т.50, №3. С.449-460.

29. Гуреев А.В. О скорости переноса энергии электромагнитными волнами в регулярном экранированном волноводе//ЖТФ. 1990. Т.61,№1. С.23-28.

30. Силин Р.А. Периодические волноводы. М.: Фазис, 2002. 438 с.

31. Мандельштам Л. И. Лекции по оптике, теории относительности и квантовой механике. М.: Наука, 1972. 438 с.

32. Бхатнагар П. Нелинейные волны в одномерных дисперсных средах. М.: Мир, 1983. 136 с.

33. Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. М.: Физматлит, 1960. 550 с.

34. Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны. М.: Радио и связь, 1988.440 с.

35. Гольдштейн Л.Д., Зернов Н.В. Электромагнитные поля и волны. М.: Сов. радио, 1971. 654 с.

36. Виноградова М.Б.. Руденко О.В., Сухорукое А.П. Теория волн. М.: Наука, 1979. 384 с.

37. Вайнштейн Л.А. Распространение импульсов // УФН. 1976. Т.118, вып.2. С.339-367.

38. Вайнштейн Л.А., Вакман Д.Е. Разделение частот в теории колебаний и волн. М.: Наука, 1983. 288 с.

39. Stratton J.A. Electromagnetic theory. N.Y.; L.: McGraw-Hill Book Company, Inc., 1941.

40. Schulz-DuBois E.G. Energy Transport Velocity of Electromagnetic Propagation in Dispersive Media // Proc. of the IEEE. 1969. Vol.57, №10. P.1748-1757.

41. Островский Л.А., Потапов А.И. Введение в теорию модулированных волн. М.: Фшматлит, 2003. 400 с.

42. Полевой В.Г., Рытое СМ. О четырехмерной групповой скорости // УФН. 1978. Т.125, вып.З. С.540-565.

43. Рытое СМ. Некоторые теоремы о групповой скорости электромагнитных волн //ЖЭТФ. 1947. Т.170О). С.930.

44. Lighthill M.J. Group Velocity // J. Inst. Math, and its Appl. 1965. Vol.1. P. 1-28.

45. Biot V.A. General theorems on the equivalence of group velocity and energy transport // Phys. Rev. 1957. Vol.105. P.I 129-1137.

46. Ольвер Ф. Введение в асимптотические методы и специальные функции. М.: Наука, 1973. 376 с.

47. Mavergoyz !.D. Some remarks concerning electromagnetic potentials // IEEE Trans. 1993. Vol.Magn.-29, №2. P.1301-1305.

48. Hinds E.A., Barnett S.M. Momentum exchange between light and single atom: Abraham or Minkowski? // Phys. Rev. Lett. 2009. Vol.102(5). P.050403.

49. Marklund M. Radiation transport in diffractive media // J. Phys. A, Math. Gen. 2005. Vol.38, №19. P.4265-4273.

50. Garrison J.C, Chiao R.Y. Canonical and kinetic forms of the electromagnetic momentum in ad hoc quantization scheme for a dispersive dielectric // Phys. Rev. A. 2004. Vol.70, №5. P.053826.

51. Leonhardt U. Energy-momentum balance in quantum dielectrics // Phys. Rev. A. 2006. Vol.73. P.032108.

52. Brevik 1. Electromagnetic energy-momentum tensor within material media. I. Minkovski tensor // Mat. Phys. Medd. Dan. Vid. Seise. 1970. Vol.37, №11. P. 1-52.

53. Brevik I. Electromagnetic energy-momentum tensor within material media // Mat. Phys. Medd. Dan. Vid. Seise. 1970. Vol.37, №13. P. 1-52.

54. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля. М.: Наука, 1973.504 с.

55. Веселого В.Г. Перенос энергии, импульса и массы при распространении электромагнитной волны в среде с отрицательным преломлением // УФН. 2009. Т.179, №6. С.689-694.