Mikä on Poynting -vektori?

Poynting -vektori on tärkeä yhtälö fysiikassa. Se kuvaa sähkömagneettisen kentän tuottaman energiamäärän pinta -alayksikköä kohti. Kuten kaikilla vektoreilla, Poynting -vektorilla on sekä suuruus että suunta.

Sähkömagneettiset kentät ovat sähkö- ja magneettikenttien yhdistelmä. Kaikki sähkölaitteet, joihin on kytketty virta, lähettävät sähkömagneettisia aaltoja, jotka muodostavat sähkömagneettisia kenttiä. Päivittäisiä esimerkkejä laitteista, jotka tuottavat näitä kenttiä, ovat lamput, televisiot ja matkapuhelimet.

Sähkökentät syntyvät sähköjännitteillä. Sähkölaitteen ei tarvitse olla päällä, jotta se tuottaa sähkökentän, se on vain kytkettävä pistorasiaan. Laite saa jännitteen pistorasiasta aina, kun se on kytketty, ja tämä tuottaa tämän tyyppisen kentän.

Toisaalta magneettikenttiä syntyy vain, kun sähkölaite kytketään päälle. Nämä tuotetaan virtaavalla sähkövirralla. Kun laite kytketään päälle, virta alkaa virrata ja magneettikentät ja sähkökentät muodostavat sähkömagneettisen kentän.

Yksinkertaisimmassa muodossaan Poynting -vektori kirjoitetaan S = E x B. Kaikki yhtälön muuttujat ovat vektorimääriä, kuten lihavoitu kirjasin osoittaa. S on Poynting -vektori, E on sähkökenttä ja B on magneettikenttä.
Sähkö- ja magneettikentät mitataan niiden energiatiheyden perusteella, jota voidaan kutsua myös voimakkuudeksi. Sähkö- ja magneettikentät ovat kohtisuorassa toisiinsa nähden sähkömagneettisessa aallossa. Tämä tarkoittaa, että sähkömagneettisen kentän energian suuruus on yksinkertaisesti sähkökentän energiatiheyden suuruus kerrottuna magneettikentän tiheyden suuruudella.

Käytännön sovelluksissa perusyhtälö on usein jaettava vakioilla μ0 (lausutaan “mu naught”). Tämä vakio edustaa vapaan tilan läpäisevyyttä. Se on 1.2566 x 10-6 Webersiä ampeeria kohti metriä kohti. Joskus käytetään myös muita vastaavia yksiköitä: Newtonit neliömetriä kohti tai Henries per metri.

Teoreettinen fysiikka käyttää yleisesti vaihtoehtoista metrijärjestelmää, jota kutsutaan cgs: ksi, mikä tarkoittaa, että se soveltaa vielä toista Poynting -vektorin muotoa. Cgs -järjestelmässä on vakiomittayksiköt senttimetrejä, grammoja ja sekunteja SI -metrijärjestelmän vakiomittayksiköiden, metrien, kilojen ja sekuntien sijasta. Poynting -vektori teoreettiselle fysiikalle kirjoitetaan muodossa S = (c/4π)*E x B, missä c tarkoittaa valon nopeutta.