[求助]关于电磁场能量与电荷能量之间的相互转换的疑问

没有听说过这个原理，google搜索一下也没有见到合适的解释，楼上的可以解释一下吗？

楼主知道poyting理论吗，就是那个方程式表述单位时间内电磁波对电荷做的功，等于场储存的能量的变化加上单位时间内流出封闭面的能量（后者即poyting矢量在封闭面上的积分）。我觉得这个方程可以很好的解决你的问题。

       十分感谢ecel仁兄的回复。应该是我提问问题本身的原因，我觉得你的模型告诉了我总能量守恒和不同类型的能量之间的转化问题，而我当初疑惑的是场与电荷之间的能量交换，交换的物理本质。 ,f?B((l  
    我现在的理解是，电磁波对电荷，就像力对物体做功一样，你用力F对物体做功，使物体能量能量增加，而物体会对你有一个反作用力，反作用力会使你的F减小，这样完成能量的传递。我把电磁波的场就看成力，E、H就是力的大小F，场对电荷做功，使电荷能量增加，反过来电荷对场会有一个反作用力（电荷自身的场），对场做负功，使场的能量减小，表现就是让E、H减小了。如果是简单的静电场或静磁场，则就按重力场中的势能动能转换来理解。 &q-P O  
    我的理解有点简单，请指教。 ,=@WE>ip  
    至于波印停定理，他解释的是相对来说宏观上的，我想问的是微观上能量的传递。 )2d1@]6#  

首先想说：势能的观点对于理解能量守恒有好处，但对于理解两个电荷相互作用时能量转换的物理机制却不一定。分析势能的话，需要“同时”涉及到空间分离的两个物体，而同时的观念在相对论中却遇到了困难（电磁波以光速传播，分析不同位置的两点时或多或少会牵涉到相对论效应，虽然我们不一定按照相对论原理分析，但是电磁理论中自动包含了相对论效应：电磁波以光速传播）。所以，最好是尽量不谈整个空间在同一时刻的能量，而是讨论局域空间守恒。这也就是波印亭定理研究的守恒。 oq>jCOVh  
另外，楼主提到电场能和磁场能的分析（空间每一点都存在），如果考虑这两种能量，那么势能是一定不能考虑的，否则将会重复。 {pRa%DF  
楼主说的物理机制我还要再考虑，稍后再回帖。

引用楼主minhuachen于2009-05-14 17:03发表的 关于电磁场能量与电荷能量之间的相互转换的疑问 : /%T d(  
        封闭面内只有一个电荷，当电磁波进入封闭面后电荷受激发而运动，从而具有了动能，则电荷能量增加，相应就会有能量减少。 ^ N
m!b  
    减少的能量应该是电磁波的能量，电磁场能量与电荷能量之间发生了转换。根据电磁场能量表达式w=积分（0.5E*D+0.5H*B），也就是说电磁场能量的减少表现为电场E和磁场H强度的减小，我的疑问是E或H减小的物理机制是什么，怎么会减小的，是电荷运动自身产生的E和H与电磁场的EH抵消了？还是怎样？ [NIaWI,>
 
    我的另一种理解是类似与物理中势能与动能的转换，也就是说电磁场本身能量没有减少，而是电荷在这个场中的“势能”减少了，从而动能增加了，当然我觉得这种理解也有问题。 %C(^v)"  
     望高手指点，谢！！！！！！ [cf!%3>53  

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楼主说的这种场和粒子相互作用可能对应着两种模型：经典理论中的相互作用和考虑电磁波粒子性的相互作用。 #R3|nL  
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先说经典理论中相互作用，这方面的具体分析可以参考汤姆逊散射的内容，简单说一下结论：对电子作用的电磁波本身不受到电子的影响，但由于电子运动产生的散射场存在，空间中的总场（原来电磁波和散射电磁波叠加）分布改变，“看起来”电磁波不再是原来的状态。宏观上的例子可以考虑电磁波在不同介质分界面的反射、折射现象（这个例子中，反射波能量加上折射波能量等于入射波能量。电子动能相对电磁能量来说很小，不影响电磁能量，也就是说这里只是近似能量守恒）。 "\M^jO  
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不过，经典理论的分析只是考虑了电磁波对电子的作用，电磁波并没有因为转移能量给电子作为动能而减少自身能量，并不是真正的“相互作用”；而且在汤姆逊散射分析中，电磁波对电子作用是“群体行为”，这种情况下，作用的物理机制不可能分析到位（尤其是电子对电磁波的作用）。所以我曾经建议用两个电子分析。个人观点：经典理论不适合解释这里提问的相互作用问题。 f^kH[C  
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再说考虑电磁波粒子性的相互作用（个人倾向认为这个角度的分析更接近相互作用的物理实质，因为如果希望真正了解电荷对场的反作用，需要对场的“数量”——光子数，和“能量密度”——单个光子能量做限制：光子数要少，最好一个光子；光子的能量要大，这样单个光子才能有效地与电子交换能量。而“足够少数量”并且“能量足够高”的电磁场必然会有量子效应——极高频光子，比如伽马射线。）。在量子力学中，“力”的概念不再继续有效，常用的分析手段是能量、动量等。典型的光子与电子相互作用的实验是康普顿散射实验，实验中的电磁波频率极高，能量也足够大。在该实验中，可以把光子看做粒子；当光子前进途中出现电子的时候，光子会将部分动量和能量转移给电子，从而自身动量和能量减少，频率变低（E=hf）。而光子之所以可以将动量转移给电子，在于光子作用到电子上的光压，也就是电磁波的电场和磁场对电子的共同作用——这是电磁波对电子的作用；反作用呢？我想还是放弃力的观念，从动量能量守恒去理解，可能更合适。 "94qBGf  
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因为提到的两个实验有大量的参考资料，这里不再赘述。不当之处还望指出。

很好的回答 和提问 谢谢 I9;,qd%<T  
我认为

也就是说 质量在这个时候不在是相互作用的主角  而是能量和动量！

在经典理论分析中，质量也不是主角啊……质量和能量是物质不同方面的性质，但这里的分析中没想强调质量不同于能量的问题，呵呵

新下载了费曼的《量子电动力学》，其中第一讲的第一句话就是“光和物质相互作用的理论称为量子电动力学”。经典理论可能真的不适合解释楼主的问题。

ecel兄的理论功底让人佩服！场对电荷的作用还比较好理解，类似于“波粒二象性”，从经典理论和量子力学的角度都可以想象，而散射场加入射场则只体现了总场的改变。至于至于电荷对场的反作用，看来我的类似于作用力与反作用力的理解还没有理论依据，可不可以换个角度，把电荷对入射场的作用看成是电荷自身产生的场对入射场源的影响，从而改变了入射场。