태양 빛으로 불을 붙일 수 있는데 왜 불이 붙는지 궁금하다면

불이 붙는 현상은 에너지 집중 때문입니다. 태양 빛은 에너지를 가지고 있으며 이 에너지가 한 점에 모이면 에너지 밀도가 매우 높아집니다. 이때 온도가 물질의 발화점에 도달하면 불이 붙습니다.

 

태양 빛은 가시광선과 적외선 등 다양한 파장의 전자기파로 이루어져 있습니다. 즉 에너지가 열로 변환되어 불이 붙는 현상입니다.

 

전자기파가 에너지를 전달하는 과정은 수학적으로 설명할 수 있습니다. 이를 위해 포인팅 벡터를 사용합니다. 포인팅 벡터는 전자기파가 전달하는 에너지의 흐름을 나타내는 물리량입니다.

 

 

포인트 벡터의 정의

진공의 투자율의 역할은 에너지 단위를 정규화 하는 역할을 합니다. 단위가 W/m2으로 변환되어 에너지 흐름을 정확히 나타낼 수 있습니다. E x B 는 전기장과 자기장의 상호작용을 나타내는 원시값이고 실제 에너지 흐름으로 변환하는 과정은 진공의 투자율로 나누어야 합니다.

 

 

전자기파는 전기장과 자기장이 서로 수직으로 진동하며 진행하는 파동입니다.

이때 전기장과 자기장은 다음과 같은 관계를 가집니다.

 

벡터 항등식과 포인팅 벡터가 전기장의 크기와 빛의 진행 방향에 비례한다는 것을 알아봅시다. 

벡터 항등식(Vector Identity)은 벡터 연산에서 성립하는 수학적 관계를 말합니다. 여기서 사용된 벡터 항등식은 다음과 같습니다.

이 항등식은 벡터의 외적과 내적을 결합하여 복잡한 벡터 연산을 단순화하는 데 사용됩니다.

 

 

포인팅 벡터 S는 전기장의 크기 ∣E∣의 제곱에 비례합니다. 즉, 전기장이 강할수록 에너지 흐름도 커집니다.
예를 들어, 전기장의 크기가 2배가 되면 포인팅 벡터는 4배가 됩니다 (∣E∣2때문)
포인팅 벡터 S는 전기장의 크기 ∣E∣2 에 비례하고, 빛의 진행 방향 k 를 따릅니다. 이는 전자기파가 전달하는 에너지의 흐름을 나타내며, 벡터 항등식을 통해 단순화된 형태로 표현됩니다.