エネルギー電流
エネルギー流は、通常の電流（電荷の流れ）とは対照的に、ポインティングベクトル（E × H ）によって定義されるエネルギーの流れです。これはもともとオリバー・ヘヴィサイドによって提唱されました。また、エネルギー流束の非公式な名称でもあります。
説明
「エネルギー流」とは、エネルギーの伝達過程を流れの観点から捉えることが有用な状況において、その過程を説明する際に用いられる、やや非公式な用語です。特に、エネルギーの伝達過程よりも、エネルギーの伝達そのものが議論においてより重要な場合に用いられます。例えば、パイプラインを流れる燃料油の流れはエネルギー流と捉えることができますが、これは貯蔵タンクの充填量を視覚的に表現するのには適していません。
エネルギー電流の単位は電力（W）の単位です。これはエネルギー流束（単位面積・単位時間あたりに伝達されるエネルギー、W/m 2で測定）と密接に関連しています。
電磁気学におけるエネルギー流
エネルギー流の概念の具体的な応用は、19世紀最後の25年間にオリバー・ヘヴィサイドによって提唱されました。工学界からの激しい抵抗にもかかわらず、 [1]ヘヴィサイドは電信、電話、海底ケーブルにおける信号速度／インピーダンス／歪みの物理学を解明しました。彼はインダクタを装荷した「歪みのない線路」を発明し、後に米国でマイケル・ピューピンによって特許を取得しました。 [2]横波におけるエネルギーの流れを電界と磁界のベクトル積 ( E × H ) として記述する ポインティングベクトルの概念を基に、ヘヴィサイドは導体中の電流によるエネルギー移動を同様の方法で扱うことで、この概念を拡張しようとしました。その過程で彼は当時の電流観を覆し、電流による電界と磁界が導体中の電荷の運動の結果ではなく、「原動力」であるとしました。[3]
ヘヴィサイドのアプローチには当時、ある程度の支持者がおり、確かに、印刷物上の「伝統主義者」と論争するほどの支持者もいた。しかし、「エネルギー流」説には多くの難点があり、特に顕著なのは、エネルギーが導体周囲の電界と磁界を流れるという主張において、なぜ導体内に電荷が流れているように見えるのかを理論が説明できない点である。もう一つの大きな欠陥は、電気科学と電気工学がマクスウェル方程式の解に基づいている点である。マクスウェル方程式では、電流密度ベクトルJで表される電流が基本量であり、いわゆる「エネルギー流」は現れない。さらに、エネルギー流の概念の根拠となるポインティングベクトルの物理的挙動を記述する等価な方程式も存在しない。
1897年の電子の発見後、金属中の電気伝導を記述するドルーデモデルが急速に発展しました。電荷の移動というやや抽象的な概念を、荷電電子のより具体的な運動と結び付けることで、ドルーデモデルは、従来の「電荷電流」とヘビサイドの「エネルギー電流」の考え方を効果的に同時に扱うことができます。この「統合」の達成により、エネルギー電流アプローチは大きく支持されなくなりました。これは、伝導に関する概念を省略しているため、例えばオームの法則を直接モデル化できないためです。その結果、電気工学で一般的に用いられる電流、電圧、抵抗などの概念を定義する「従来の」電荷電流アプローチよりも使い勝手が悪くなっています。
ポインティングフロー図は電磁気工学、伝送線路理論、アンテナ設計の一部ですが、電子工学の教科書ではあまり取り上げられていません。[4]
参考文献
- ^ 「マクスウェル派」ブルース・J・ハント著、1991年コーネル大学出版
- ^ 「発明」ノーバート・ウィーナー博士著 1993年ISBN 0-262-23167-0MITプレス pp 69-76
- ^ 「デジタルハードウェア設計」アイヴァー・キャット、デイヴィッド・ウォルトン、マルコム・デイヴィッドソン著、1979年ISBN 0-333-25981-565ページ [1] [2]
- ^ 「単純な回路では、エネルギーはどこに流れるのか？」ウィリアム・ビーティ
