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能量守恒定律跟动量守恒定律矛盾吗?

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举个例子,一个球形的微波谐振腔,一半球是连续光滑的表面,一半球是金属网,网孔孔径小于微波谐振腔内微波波长的1/20。换言之,这个金属网的网孔是一个截止波导,微波会在网孔的界面发生反射。
有没有觉得这样的模型很熟悉?这跟我们日常生活中常见的微波炉没有任何区别。
但是,当我们试图讨论动量守恒定律和能量守恒定律的话,在这个模型里矛盾便出现了。
我们知道,电磁场是有动量的,也就是说,在上述这个模型内,电磁场会对谐振腔的表面产生一个辐射压力。对于上述球形的谐振腔而言,连续光滑表面的半球和金属网半球所收到的电磁波辐射压力的功率应当是几乎相同的。
从动量守恒的角度考虑,对于金属网构成的半球而言,我们假设这个半球所受到的辐射压力与连续光滑表面的半球相同,换言之,我们假设这个球形的微波谐振腔不会因为腔体内的辐射压力而自行运动。那么,从能量守恒定律的角度考虑,金属网半球所收到的电磁场的动量密度必然要增加,即电磁场的能量应该集中在金属网的实体上,方可满足以上的假设。
但是问题来了,金属网的网孔,它作为一个截止波导,网孔的界面是有电磁场的能量的(实际上截止波导会反射不满足传输条件的电磁波,这一点在民用微波炉和天线领域很常见)。
那么,如果上述从动量守恒角度考虑的假设成立的话,金属网孔处的电磁场的能量就是凭空增加的,这显然不符合能量守恒定律。
综上,能量守恒定律跟动量守恒定律矛盾吗?


IP属地:吉林1楼2025-01-02 14:41回复
    如果要考虑边界处的能动量流,靠近网孔处的电磁场显然要使用精确的边界条件严格求解


    IP属地:北京来自Android客户端2楼2025-01-02 16:26
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      2025-08-05 04:16:44
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      有个家伙捣鼓的“无工质推进”,就是这思路


      IP属地:广东来自Android客户端3楼2025-01-02 19:20
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        这是截止波导的HFSS仿真,箭头是坡印亭矢量,有入射场也有反射场,实际上此时电磁场的动量传递是发生在截止波导的管壁上的,但是这个波导的孔径界面并没有受力。相当于是说原本要从金属网孔发射到外部的能量,在这里自己回去了


        IP属地:吉林来自Android客户端4楼2025-01-02 20:41
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          我不知道你在钻什么牛角尖,我只知道“从能量守恒的角度考虑,金属网半球所收到的电磁场的动量密度必然要增加”这句话,完全不像一个理工科大学生说出来的话,倒像是从民科吧抄来的。
          你也不必用光子这种描述起来略抽象的例子,理想气体方程总该记得吧?
          密封容器中的理想气体分子每时每刻都在撞击容器壁,发生完全弹性碰撞后反弹,它们反弹时的冲量就是容器受到的气体压力。容器也时刻向内压制着气体,阻止其自由膨胀,也对气体施加着冲量。
          这个系统中,能量守恒,动量也守恒,一切简单清楚,没有任何冲突。


          IP属地:上海来自Android客户端5楼2025-01-02 23:09
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            确定不是计算出了问题?麦克斯韦应力张量和坡印亭矢量有个类似连续性方程的关系在的,在边界处反射的电磁场对边界就是有应力的啊,边界引力的产生实际上就是动量守恒吧


            IP属地:浙江来自Android客户端7楼2025-01-03 10:47
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              你都没有任何实验测量和计算,近凭你的思想实验就得出结论,什么网孔处的能量凭空增加。你觉得你的想法正确你首先得有数据支持,我有几个问题1.电磁波真的是像粒子那样反弹吗?2.你说的电磁波波长多少,能做到完全反射而一点都不被金属表面吸收吗?3.反射波是否可能先被金属网表面吸收再激发出新的反方向波,因为网孔结构而导致能量强度发生局部增强局部减弱,但总体只和并没有变化?


              IP属地:陕西来自Android客户端8楼2025-01-03 15:54
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                能量不能凭空产生我信,不能凭空消失我就很怀疑,我去推小球,我做的功转换成小球的动能,我做同样的功去推墙,同样是累成狗,但是墙一动没动,能量去哪了


                IP属地:山东来自Android客户端9楼2025-01-03 18:28
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                  2025-08-05 04:10:44
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                  1.截止波导的反射场这个是有理论有仿真有工程实践作为支撑的;2.波长要满足截止波导的截止条件,所以设定一个比较保守的孔径,波长的1/20,且反射一定是伴随着能量的吸收的,除非是理想电导体;3.即便是被金属表面吸收而后激发,得出的结论跟我要讨论的这个矛盾也是一致的,因为要明确一个概念,就是截止波导具有储能特性,且不是您认为的局部增强局部减弱,这个用HFSS仿真谐振腔能够得出结论


                  IP属地:吉林来自Android客户端10楼2025-01-03 18:33
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                    以上是截止波导内的电场幅度瞬时值的仿真


                    IP属地:吉林11楼2025-01-04 14:58
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                      周希朗的电磁场与微波技术,跟楼上的HFSS仿真结合理解


                      IP属地:吉林来自Android客户端12楼2025-01-04 15:09
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                        意外发现10块钱


                        IP属地:吉林来自Android客户端13楼2025-01-04 15:16
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                          截止波导理论导论中的解释,结合4楼的坡印亭矢量仿真看


                          IP属地:吉林来自Android客户端14楼2025-01-04 15:22
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                            IP属地:吉林来自Android客户端20楼2025-01-10 11:22
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                              2025-08-05 04:04:44
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                              没理解你的意思。我的简单理解就是,“孔”可以反射电磁波,那动量去哪了呢?肯定是传给了孔的壁,也就是金属呗。那电磁场有什么必要在实体那里集中呢?


                              IP属地:上海来自Android客户端21楼2025-01-10 21:23
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