Теорема Пойнтинга (Закон сохранения энергии электромагнитных волн в форме уравнения непрерывности)
Будем рассматривать случай вакуума. Уравнения Максвелла для электромагнитных волн в вакууме имеют вид:
Далее значок будет означать, что оператор действует на .
Умножим третье уравнение на , а четвёртое на скалярно. Тогда:
Тогда:
(*)
(**)
Вычтем из (*) – (**), тогда получим:
, следовательно
Введём обозначение - объёмная плотность в СГС. И введём вектор Пойнтинга.
- плотность потока энергии электромагнитного поля.
- в СГС.
Тогда
- уравнение непрерывности
В случае среды
Если проинтегрировать по объёму, то:
(***)
По теореме Остроградского-Гаусса:
- энергия электромагнитного поля, заключенная в объём с поверхностью .
Тогда (***) перепишется в виде:
Если это выражение поделить на площадь , то получим, что - это энергия, переносимая в единицу времени через единицу поверхности. Физическое содержание этого уравнения – закон сохранения энергии.
Если рассматривать объём и если угол между нормалью и острый, то интеграл , т.е. происходит вытекание энергии из объёма . В этом случае
Т.е. происходит убывание в замкнутом объёме за счёт переноса её через поверхность объёма во вне.