エネルギー電流

エネルギー電流は、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Oliver Heavisideによって提唱されました。また、エネルギー フラックスの非公式な名前でもあります。

「エネルギー電流」は、エネルギーの伝達を流れの観点から見ることができる場合に、エネルギー伝達のプロセスを説明するために時々使用される、やや非公式な用語です。この用語は、エネルギーの伝達が、エネルギーが伝達されるプロセスよりも議論にとって重要である場合に特に使用されます。たとえば、パイプライン内の燃料油の流れはエネルギー電流として考えることができますが、これは貯蔵タンクの満杯度を視覚化する便利な方法ではありません。

エネルギー電流の単位は電力の単位( W ) です。これは、単位時間あたり単位面積あたりに伝達されるエネルギー ( W/m ^{2で測定 ) である}エネルギー流束と密接に関係しています。

エネルギー電流の概念の具体的な使用法は、19 世紀最後の四半期にオリバー・ヘヴィサイドによって広められました。工学界からの激しい抵抗に反して、 ^[1]ヘヴィサイドは電信、電話、海底ケーブルの信号速度/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填した「歪みのない線路」を発明し、後に 米国のマイケル・プーピンによって特許を取得しました。 ^[2]横方向の電磁波のエネルギーの流れを電界と磁界のベクトル積 ( E × H ) として表すポインティング ベクトルの概念を基に、ヘヴィサイドはこれを拡張して、導体内の電流によるエネルギーの移動を同様の方法で扱いました。そうすることで、彼は当時の電流の見方を逆転させ、電流による電界と磁界が導体内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、支持者がいた。もちろん、印刷物上の「伝統主義者」と口論するほどの支持者もいた。しかし、「エネルギー流」の見解には多くの難点があり、最も顕著なのは、エネルギーが導体の周囲の電界と磁界を流れると主張する理論では、導体に電荷が流れるように見える理由を説明できないことである。もう 1 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ことである。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るが、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 ベクトルの物理的動作を説明する同等の方程式は存在しない。

1897 年に電子が発見されてから、金属の電気伝導を説明するドルーデ モデルが急速に発展しました。ドルーデ モデルは、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動きと関連付けることで、従来の「電荷電流」とヘビサイドの「エネルギー電流」の見解を同時に効果的に扱います。この「統一」の達成により、エネルギー電流アプローチは、伝導に関する概念を省略しているため、たとえばオームの法則を直接モデル化できないため、ほとんど支持されなくなりました。その結果、電気作業で一般的に使用される電流、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]