equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
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Teoria | Interação | mediador | Magnitude relativa | Comportamento | Faixa |
---|---|---|---|---|---|
Cromodinâmica | Força nuclear forte | Glúon | 1041 | 1/r7 | 1,4 × 10-15 m |
Eletrodinâmica | Força eletromagnética | Fóton | 1039 | 1/r2 | infinito |
Flavordinâmica | Força nuclear fraca | Bósons W e Z | 1029 | 1/r5 até 1/r7 | 10-18 m |
Geometrodinâmica | Força gravitacional | gráviton | 10 | 1/r2 | infinito |
G* = OPERADOR DE DIMENSÕES DE GRACELI.
DIMENSÕES DE GRACELI SÃO TODA FORMA DE TENSORES, ESTRUTURAS, ENERGIAS, ACOPLAMENTOS, , INTERAÇÕES E CAMPOS, DISTRIBUIÇÕES ELETRÔNICAS, E OUTROS.
O tensor de tensão de Maxwell (em homenagem a James Clerk Maxwell) é um tensor simétrico de segunda ordem usado no eletromagnetismo clássico para representar a interação entre as forças eletromagnéticas e o momento mecânico. Em situações simples, como uma carga pontual movendo-se livremente em um campo magnético homogêneo, é fácil calcular as forças sobre a carga a partir da lei de força de Lorentz. Quando a situação se torna mais complicada, esse procedimento comum pode se tornar impraticável, com equações abrangendo várias linhas. Portanto, é conveniente coletar muitos desses termos no tensor de tensão de Maxwell e usar a aritmética de tensores para encontrar a resposta para o problema em questão.
Na formulação relativística do eletromagnetismo, o tensor de Maxwell aparece como uma parte do tensor eletromagnético de tensão–energia que é o componente eletromagnético do tensor de tensão–energia total. O último descreve a densidade e o fluxo de energia e momento no espaço-tempo.
Motivação
Conforme descrito abaixo, a força eletromagnética é escrita em termos de e . Usando o cálculo vetorial e as equações de Maxwell, a simetria é procurada nos termos contendo e , e a introdução do tensor de tensão de Maxwell simplifica o resultado.
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
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Nome | Forma diferencial |
---|---|
Lei de Gauss (no vácuo) | |
Lei de Gauss para magnetismo | |
Equação de Maxwell – Faraday (Lei de indução de Faraday) | |
Lei dos circuitos de Ampère (no vácuo) (com a correção de Maxwell) |
//////Começando com a lei de força de Lorentzequação Graceli estatística tensorial quântica de campos
[ / IFF ] G* = / G / .= /
[DR] = .= + =
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
a força por unidade de volume éequação Graceli estatística tensorial quântica de campos
[ / IFF ] G* = / G / .= /
[DR] = .= + =
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
//////
- Em seguida, e podem ser substituídos pelos campos e , usando a lei de Gauss e a lei dos circuitos de Ampère:
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos
[ / IFF ] G* = / G / .= /
[DR] = .= + =
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
//////
- A derivada do tempo pode ser reescrita para algo que pode ser interpretado fisicamente, ou seja, o vetor de Poynting. Usando a regra do produto e a lei de indução de Faraday dáe agora podemos reescrever como
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos
[ / IFF ] G* = / G / .= /
[DR] = .= + =
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
//////
então coletar termos com e dáequação Graceli estatística tensorial quântica de campos
[ / IFF ] G* = / G / .= /
[DR] = .= + =
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
//////
- Um termo parece estar "faltando" da simetria em e , o que pode ser obtido inserindo por causa da lei de Gauss para o magnetismo:Eliminando as ondulações (que são bastante complicados de calcular), usando a identidade de cálculo vetorial
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos
[ / IFF ] G* = / G / .= /
[DR] = .= + =
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
//////
leva a:equação Graceli estatística tensorial quântica de campos
[ / IFF ] G* = / G / .= /
[DR] = .= + =
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
//////
- Essa expressão contém todos os aspectos do eletromagnetismo e do momento e é relativamente fácil de calcular. Pode ser escrito de forma mais compacta introduzindo o tensor de tensão de Maxwell,Todos, exceto o último termo de podem ser escritos como a divergência do tensor de tensão de Maxwell, dando:
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos
[ / IFF ] G* = / G / .= /
[DR] = .= + =
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
//////
Como no teorema de Poynting, o segundo termo no lado direito da equação acima pode ser interpretado como a derivada temporal da densidade de momento do campo eletromagnético, enquanto o primeiro termo é a derivada temporal da densidade de momento para as partículas massivas. Desta forma, a equação acima será a lei de conservação do momento na eletrodinâmica clássica. onde o vetor de Poynting foi introduzidoequação Graceli estatística tensorial quântica de campos
[ / IFF ] G* = / G / .= /
[DR] = .= + =
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
//////
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos
[ / IFF ] G* = / G / .= /
[DR] = .= + =
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
//////
na relação acima para a conservação do momento, é a densidade do fluxo de momento e desempenha um papel semelhante a no teorema de Poynting.
A derivação acima assume conhecimento completo de ambos e (tanto cargas livres quanto limitadas e correntes). Para o caso de materiais não lineares (como ferro magnético com uma curva BH), o tensor de tensão de Maxwell não linear deve ser usado.[1]
Equação
Na física, o tensor de tensão de Maxwell é o tensor de tensão de um campo eletromagnético. Conforme derivado acima em unidades S.I., é dado por:
- ,
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
onde é a constante elétrica e é a constante magnética, é o campo elétrico, é o campo magnético e é o delta de Kronecker. Na unidade cgs gaussiana, é dado por:
- ,
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
onde é o campo magnetizante [en].
Uma forma alternativa de expressar este tensor é:
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
onde é o produto diádico, e o último tensor é a díade unitária:
O elemento do tensor de tensão de Maxwell tem unidades de momento por unidade de área por unidade de tempo e fornece o fluxo de momento paralelo ao -ésimo eixo cruzando uma superfície normal ao -ésimo eixo (na direção negativa) por unidade de tempo.
Essas unidades também podem ser vistas como unidades de força por unidade de área (pressão negativa), e o elemento do tensor também pode ser interpretado como a força paralela ao -ésimo eixo sofrida por uma superfície normal ao -ésimo eixo por unidade de área. De fato, os elementos diagonais fornecem a tensão (puxando) atuando em um elemento de área diferencial normal ao eixo correspondente. Ao contrário das forças devido à pressão de um gás ideal, um elemento de área no campo eletromagnético também sente uma força em uma direção que não é normal ao elemento. Este cisalhamento é dado pelos elementos fora da diagonal do tensor de tensão.
O tensor de tensão de Maxwell é um número complexo cuja parte real é a densidade de fluxo de momento [en] de Poynting.[2]
Na magnetostática
Se o campo for apenas magnético (o que é amplamente verdadeiro em motores, por exemplo), alguns dos termos desaparecem e a equação em unidades S.I. torna-se:
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
Para objetos cilíndricos, como o rotor de um motor, isso é ainda mais simplificado para:
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
onde é o cisalhamento na direção radial (para fora do cilindro) e é o cisalhamento na direção tangencial (ao redor do cilindro). É a força tangencial que gira o motor. é a densidade de fluxo na direção radial, e é a densidade de fluxo na direção tangencial.
Na eletrostática
Na eletrostática, os efeitos do magnetismo não estão presentes. Neste caso, o campo magnético desaparece, ou seja, , e obtemos o tensor de tensão de Maxwell eletrostático. Ele é dado na forma de componentes por:
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
e na forma simbólica por:
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
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onde é o tensor de identidade apropriado geralmente .
Autovalor
Os autovalores do tensor de tensão de Maxwell são dados por:
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
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Esses autovalores são obtidos pela aplicação iterativa do lema dos determinantes da matriz, em conjunto com a fórmula de Sherman–Morrison [en].
Observando que a matriz de equação característica, , pode ser escrita como
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
onde
definimos
Aplicando o lema do determinante de matriz uma vez, isso nos dá
Aplicá-lo novamente produz,
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
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A partir do último multiplicando no RHS, vemos imediatamente que é um dos autovalores.
Para encontrar o inverso de , usamos a fórmula de Sherman-Morrison:
Fatorando um termo no determinante, resta-nos encontrar os zeros da função racional:
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
Assim, uma vez que resolvemos
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
obtemos os outros dois autovalores.
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