Radiation pressure and the distribution of electromagnetic force in dielectric media (II)
利用时域有限差分法（FDTD）计算了不同形状和光学性质的介质中及其周围的电磁场分布。借助于本构关系，我们继续计算束缚电荷和束缚电流密度，然后采用洛伦兹力定律来确定感兴趣的区域内的力密度的分布。对于几个简单的情况下，存在的解析解，这些解决方案被发现是完全符合我们的数值结果。我们还分析了更复杂系统中的场和力的分布，并讨论了我们的发现与实验观察的相关性。特别是，我们证明了单光束捕获的介质微球浸没在液体中的条件下，是典型的光镊。
2014-01-28 physics.class-ph physics.optics
Radiation pressure and the linear momentum of the electromagnetic field in magnetic media
我们研究的力的电磁辐射的线性，各向同性，均匀介质中指定的电容率ε和磁导率μ。提出了磁化强度M上的电磁洛伦兹力的公式，这里将其视为安培电流回路。使用所提出的公式，我们证明了动量守恒在几种情况下，是经得起严格的分析的基础上，经典的麦克斯韦方程组，洛伦兹定律的力量，和本构关系。我们的分析产生精确的表达式的介质内的电磁和机械动量的密度指定的（μ，μ）参数。这种分析的一个有趣的结果是确定了一种“内禀”机械动量密度ExM/c^2，它类似于电磁（或亚伯拉罕）动量密度ExH/c^2。(Here E和H分别是电场和磁场的大小，c是真空中的光速。）在存在电场E的情况下，与磁化强度M相关的这种固有机械动量显然与W所预测的“隐藏”动量相同。Shockley和R. P. James在近40年前
2014-01-30 physics.class-ph physics.optics
Symmetric and antisymmetric constitutive tensors for bi-isotropic and bi-anisotropic media
麦克斯韦方程组和本构关系描述了电磁波在连续物质中的经典传播。在这里，我们调查所产生的影响，从扩展的本构关系上的波在双各向同性和双各向异性介质中的传播使用经典的一般方法的基础上的色散关系和折射率的评估。对于双各向异性介质，我们定义了两类磁电参数，分别用对称张量和反对称张量表示。研究的三种情况下，提供了真正的和不同的折射率为两个传播模式，这意味着双折射。在所有情况下，也进行了传播模式。的各向异性或双折射效应，给出的旋光功率或相位差，在每种情况下的理论的磁电参数进行了评估。正交于用于参数化对称和反对称磁电张量的矢量的传播由不同的模式来描述，代表了一种识别所研究的双各向异性介质的途径。计算了各向异性介质的群速度和坡印廷矢量，讨论了能量在各向异性介质中的传播。
2022-10-05 cond-mat.other hep-th physics.class-ph
Kramers-Kronig relations and the analogy between electromagnetic and mechanical waves
Kramers-Kronig关系（KKrs）的重要结论是，物质介质中的耗散行为不可避免地意味着色散的存在，即，本构方程中的频率依赖性。基本上，这些关系是因果关系的频域表达，并且在数学上对应于希尔伯特变换对。这些关系有多种形式，可以用不同的数学工具得到。在这里，两个不同的演示给出了电磁的情况下，说明了折衷的数学仪器可用于此目的。然后，我们应用声学（机械）-电磁类比来获得弹性版本。最后，我们讨论了稳定性和无源性的概念，并提供了一个新的算法来计算的关系数值使用快速傅立叶变换。
2022-06-22 physics.class-ph
Momentum of light in complex media
运动介质的唯象宏观电动力学中的一个重要问题是物质中电磁场的能量和动量的定义。令人惊讶的是，这个主题已经显示出了显着的寿命，尽管有许多理论和实验研究，但物质中的电磁能量和动量问题仍然是开放的。我们概述了光在物质中的动量的定义，并表明，为了正确理解这个问题，需要仔细区分的情况下，材料介质被建模为光的背景或作为整个系统的动态部分。阐明了电磁场的Minkowski和Abraham能量-动量张量在两种特殊类型的复杂物质（自旋流体和液晶介质）中的地位，并总结了在一般各向异性运动物质介质（线性本构律）中的地位。
2022-08-23 physics.class-ph physics.optics
Second gradient electromagnetostatics: electric point charge, electrostatic and magnetostatic dipoles
本文研究了作为第二梯度电动力学静态形式的第二梯度静电磁学理论。第二梯度电动力学理论是高阶经典麦克斯韦电动力学的线性推广，其拉格朗日量是洛伦兹和U（1）规范不变量。二阶梯度电磁静学是一种梯度场论，其电磁场强度在拉格朗日量中具有高达二阶导数。此外，它还具有弱的空间非局部性，并给出了一个基于高阶偏微分方程的正则化。从群论的角度来看，在第二梯度电磁静力学的（各向同性）本构关系涉及一个不变的标量微分算子的四阶除了标量本构参数。我们调查的经典静态问题的一个电点电荷，电和磁偶极子的第二梯度电磁静力学的框架，我们表明，所有的电磁场（电位，场强，相互作用能，相互作用力）是奇性自由不同于相应的解决方案，在经典的麦克斯韦电磁学以及在Bopp-Podolsky理论。二阶梯度静电磁场理论提供了一种具有弱空间非局域性的无奇性电磁场论。
2020-06-17 math-ph math.MP physics.class-ph
The Electrodynamics of Inhomogeneous Rotating Media and the Abraham and Minkowski Tensors I: General Theory
这是一系列的两篇论文中的第一篇，它对电磁应力-能量-动量张量在连续可极化完全绝缘介质的经典描述中的作用进行了独立的分析。虽然承认的主要作用所发挥的总应力-能量-动量张量，我们认为，它是有意义的和有用的协变本构理论的背景下，指定优先状态的特定部分，这个总张量，当定义相对于一个特定的分裂。张量的相关性，与出现在麦克斯韦方程中的电磁场极化介质，他们诱导的力和扭矩的相关性一直是一个争论，因为闵可夫斯基，爱因斯坦和亚伯拉罕考虑这些问题超过一个世纪前。与牛顿连续介质力学定律的一致性要求介质中任何单元上的合力密度与该单元在惯性系中的局部线性加速度场成比例，并且还必须作为总应力-能量-动量张量的发散的一部分出现。与闵可夫斯基提出的张量不同，亚伯拉罕张量的发散明确地取决于介质的局部加速度场以及电磁场，这一事实使它与介质的总应力-能量-动量张量中的许多其他项区分开来。我们将探讨如何电磁力或扭矩运动介质可以定义在一个特定的3-时空表现出特定的Killing对称性的形式。它示出了如何与平移Killing矢量场的形式导致显式表达式的电磁力密度在静止介质中的闵可夫斯基本构关系。这些与其他模型相比，在最近的文献中已被认为是在电磁场中的极化介质。
2010-05-19 physics.class-ph
Dispersion relation for anisotropic media
研究了电磁波在各向异性介质中的传播问题，该介质具有介电常数和磁导率的两个通用矩阵$ε^{ij}$和$μ^{ij}$。这些矩阵不需要是对称的、正定的，甚至是可逆的。在无度规电动力学方法的框架下，导出了紧致的张量色散关系。所得公式可用于电磁波在经典介质和具有一般线性本构关系的现代类型介质（包括超材料）中传播的理论研究。
2009-08-06 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
Effective metrics and a fully covariant description of constitutive tensors in electrodynamics
使用电磁学来研究模拟时空相当于考虑当给定的（Meta）材料将提供模拟时空模型时的一致性条件，或者-反之亦然--表征可以用（Meta）材料建模的给定度量。虽然一致性条件本身现在是众所周知的和研究的，但一旦它们被满足，度量的形式就不存在了。这个问题很容易回答，只要保持这两个研究领域的形式主义尽可能接近。虽然介质电动力学的完全协变公式已经存在了很长一段时间，但它们通常被（3+1）或6维形式主义所抛弃。在这里，我们将使用完全统一和完全协变的方法。这使得我们甚至可以将有效度规存在的相容性条件推广到平坦时空电动力学之外的任意背景度规。我们还展示了如何熟悉的矩阵介电常数$ε$，磁导率$μ^{-1}$，和磁电效应$ζ$可以被看作是三个独立的部分Bel分解的本构张量$Z^{abcd}$，即，正交分解的分量与给定的观测器与四速度$V^a$。最后，我们将使用摩尔-彭罗斯伪逆和密切相关的伪行列式，然后获得所需的重建的有效度量的介电常数张量$ε^{ab}$，磁导率张量$[μ^{-1}]^{ab}$，和磁电张量$ζ^{ab}$，作为一个显式函数$g_{\text{eff}}(ε,μ^{-1},ζ)$。
2017-12-20 gr-qc physics.class-ph physics.optics
Ponderomotive forces in electrodynamics of moving media: The Minkowski and Abraham approaches
在一般情况下，显式紧凑公式推导出的运动介质的宏观电动力学中的有质动力的Minkowski和亚伯拉罕方法。考虑Minkowski本构方程，利用Abraham能量-动量张量的特殊表示，得到了介质速度与空间坐标和时间任意相关情况下Abraham力和非定常外电磁场情况下Abraham力的简洁表达式。我们把亚伯拉罕方法和闵可夫斯基方法中有质动力之间的差异称为亚伯拉罕力，不仅考虑了静止介质，而且考虑了运动介质。在考虑协变的欧姆定律和本构Minkowski关系的情况下，导出了外电磁场作用于介质中传导电流的洛伦兹力。从物理学的角度追溯了有质动力的四维矢量定义为介质中电磁场的能量动量张量的四维发散的论证。
2016-11-08 cond-mat.mes-hall math-ph math.MP
Relativistic Lagrangian model of a nematic liquid crystal interacting with an electromagnetic field
本文建立了一个电-磁场作用下液晶相互作用的相对论变分模型。分析了一般各向异性单轴抗磁介质的本构关系。我们讨论了光波在这种运动的单轴介质中的传播，明确确定了相应的光学度量。本文构造了液晶与电磁场耦合系统的拉格朗日量，并由此导出了系统的完整运动方程。系统地得到了正则能量动量张量和自旋张量。我们比较我们的结果与非相对论模型。作为我们的一般形式主义的应用，我们讨论了所谓的亚伯拉罕-闵可夫斯基争议的光在介质中的动量。
2012-09-13 cond-mat.soft gr-qc physics.class-ph
On simulating a medium with special reflecting properties by Lobachevsky geometry (One exactly solvable electromagnetic problem)
罗巴切夫斯基几何模拟了具有特殊本构关系的介质。这种情况在准直角坐标（x，y，z）中指定。在罗巴切夫斯基空间中，已经找到了复3矢量形式的麦克斯韦方程组的精确解，并将其推广到四分形式中的弯曲空间模型。该问题归结为一个二阶微分方程，它可以与粒子在外势场U（z）= U_{0} e^{2 z}中的一维薛定谔问题相联系。在量子力学中，弯曲几何充当反射系数R=1的有效势垒;在电动力学背景下，出现类似于量子力学的结果：罗巴切夫斯基几何模拟了一种有效地充当理想镜子的介质。电磁场在有效介质中的穿透取决于电磁波的参数ω，k_{1} ^{2} + k_{2} ^{2}，以及曲率半径ρ。
2011-09-01 math-ph math.MP physics.class-ph
Perfect electromagnetic conductor
在微分形式表示中，麦克斯韦方程组由电磁二形式和源三形式之间的简单微分关系表示，而电磁介质由两种形式之间的本构关系定义。这种关系中最简单的一种是将电磁二形式表示为彼此的标量倍数。由于其奇异的性质，相应的介质被认为是非物理的。在这项研究中，这样的介质被解释为一个双各向同性介质的四个介质参数的无限值的经典吉布斯矢量。结果表明，该介质是PEC（完美电导体）和PMC（完美磁导体）介质的推广，具有相似的性质。这就是为什么介质被标记为PEMC（完美电磁导体）。通过定义一类对偶变换，可以将PEMC介质变换为PEC或PMC介质。作为应用，研究了平面波在空气与聚碳酸酯介质界面上的反射。它示出，在一般情况下，反射波具有交叉偏振分量，这是一个明显的非互易效应。
2005-03-31 physics.class-ph physics.gen-ph
Equivalence principle and electromagnetic field: no birefringence, no dilaton, and no axion
讨论了电磁场与重力场的耦合问题。在基于实验上建立的电荷和磁通量守恒定律的预度量公理化方法中，麦克斯韦方程组是相同的，而不管重力的存在或不存在。在这个意义上，可以说电荷“底层”和通量“底层”不直接受引力场的影响。然而，这些基本基质之间的相互关系，形式化为电磁激励H和电磁场强度F的2-形式之间的{ \it时空关系} H=H（F），受到引力的影响。因此，电磁等效原理的有效性取决于时空关系的形式。我们讨论了非局部和局部线性本构关系，并证明时空度量也可以伴随着skewon，pronuncion，和轴子字段。度规的所有这些预度规同伴最终可能导致违反等价原理。
2007-05-23 gr-qc hep-th physics.class-ph
Linear media in classical electrodynamics and the Post constraint
麦克斯韦方程组在1+3维和随后的4维中以通常协变和无度量的方式被制定。为此，我们使用激发$\cal D$、$\cal H$和场强$E,B$。假设激发和场强之间的局部线性本构关系，具有36个分量的本构张量$χ^{ijkl}=-χ^{jikl}=-χ^{ijlk}$。讨论了该张量的性质。特别是，我们解决后约束的有效性，一个正在讨论的主题。在这方面，Tellegen回转器，轴子场，“完美的电磁导体”的Lindell和Sihvola相互比较。
2004-11-03 cond-mat.mtrl-sci gr-qc physics.class-ph
To consider the electromagnetic field as fundamental, and the metric only as a subsidiary field
根据Asher Peres（1962）的旧建议，我们认为电磁场是基本场，度规是辅助场。在遵循这一思想的过程中，我们以一种非同态不变量和度量无关的方式来表述麦克斯韦理论。然后，根据激励$H=(H,D)$和场强$F=(E,B)$给出电磁场。此外，在$H$和$F$之间，即$H \sim κF$，具有本构张量$κ$，假定了局部和线性的“时空关系”。本文用阿达玛方法研究了电磁波波前（不连续面）的传播。我们发现一个广义菲涅耳方程，是四次的波的波前的波向量。我们讨论了在什么条件下波沿光锥传播。因此，我们通过纯粹的电磁方法推导出时空的度规，直到共形因子。
2004-04-21 gr-qc hep-th physics.class-ph
A coupled electromagnetic-thermomechanical approach for the modeling of electric motors
在交通运输行业，出于环境和可持续性考虑，未来将开发更轻、更紧凑、更强大的电机，这涉及更高的应力、电流和电磁场。因此，机械、热和电磁效应之间的强耦合将出现，并且需要一致的多物理场建模方法用于电机的设计。典型的模拟-其中大部分是在电气工程文献中提出的-涉及一个逐步的过程，其中麦克斯韦方程的分辨率提供了洛伦兹力和磁力，随后用作牛顿运动方程的分辨率的外部体力。这里提出的工作提出了一个多物理场设置的边值问题的电动机。利用连续介质力学的直接方法，利用热力学的基本原理导出了耦合电磁场、热场和机械场的一般框架。特别注意的是，在小应变，但任意磁化下的各向同性材料的耦合本构方程的推导。作为第一个应用，该理论被用于分析建模的理想化的异步电动机，我们计算的电流，磁场，应力和温度场作为一个功能的应用电流和转差率参数。由于惯性，应力张量和体力矢量的不同分量与它们的纯机械对应物进行比较，量化电磁现象的显著影响。
2020-10-26 physics.class-ph
Electrodynamic forces in elastic matter
本文提出了一种电磁场作用下弹性各向同性物质动力学的宏观理论。我们利用戈登的广义相对论推导亚伯拉罕的电磁能量张量作为出发点。物质的弹性和惯性行为的必要描述是通过胡克定律的四维推广来提供的，通过引入四维"位移“矢量而成为可能。正如Nordstroem所暗示的那样，电致伸缩和磁致伸缩的物理起源归因于物质变形引起的电磁本构方程的变化。部分的电磁拉格朗日量，取决于该变形的情况下，各向同性介质和所得到的表达的电致伸缩力的推导，从而显示如何更现实的运动方程的物质受到电磁场可以构造。
1999-12-03 cond-mat gr-qc physics.class-ph
A Robust Multi-Scale Field-Only Formulation of Electromagnetic Scattering
我们提出了一个边界积分公式的电磁散射均匀体，其特征在于线性本构方程在频域中。通过使用电场E和磁场H的笛卡尔分量以及标量函数（r*E）和（r*H），问题被转换为求解一组标量Helmholtz方程，该方程用于由材料边界处的通常电磁边界条件耦合的场分量。这有利于直接解决E和H，而不是在现有的方法与表面电流作为中间量。因此，我们的配方是免费的众所周知的数值不稳定性，发生在零频率或长波长限制在传统的表面积分解的麦克斯韦方程组和我们的数值结果一致收敛到静态的结果在长波长限制。此外，我们使用的标量亥姆霍兹方程，表示为经典的收敛积分，并不需要评估的主值积分或任何知识的立体角的制定。因此，可以容易地使用标准的求积和高阶表面单元来提高数值精度。此外，近场和远场的值可以计算具有相同的精度和多尺度的问题，其中的散射体具有特征的长度尺度，这是大的和小的相对于波长可以很容易地容纳。由此，我们得到的结果是有效的局部表面曲率的波数的任何比率的电磁波在电介质边界的散射和传输。这是一个推广熟悉的菲涅耳公式和斯涅耳定律，有效的平面介质边界，在任意曲率表面的电磁波的散射和传输。
2018-12-17 physics.class-ph physics.comp-ph physics.optics
Generalized FDTD Scheme for Moving Electromagnetic Structures with Arbitrary Space-Time Configurations
本研究提出一种广义FDTD方案，通过局部适配与维度扩展，实现了对任意时空构型运动电磁结构的精准模拟，兼容传统边界与色散处理，填补了计算电磁学领域的相关空白。
2023-10-09 cs.CE physics.class-ph physics.comp-ph
Electromagnetic source transformations and scalarization in stratified gyrotropic media
由于对本构方程类型的限制，非均匀介质中的Maxwell方程有时可以化为两个仅含两个标量的二阶微分方程。这些结果以前是用两种完全不同的方法得到的。或者通过“源的标量化”，其中相关的标量基本上是矢量势分量，并且推导仅限于各向同性介质;或者通过使用"标量赫兹势“，并且这种方法已被应用于更一般的介质。本文证明了这两种方法在旋向性介质中是等价的。我们表明，标量化可以通过组合的电力和磁场源和规范变换之间的转换。结果表明，基于矢量势的方法，以前使用的非传统的定义的矢量势，也可以得到使用传统的定义提供了一个适当的规范条件，然后将这种方法从各向同性的回转介质。结果表明，第二种方法中出现的2个基本标量赫兹势在第一种方法的源标量化变换下是不变的，因此是获得标量化的自然势。最后，它表明，这两种方法也相当于一个更古老的第三种方法的基础上赫兹矢量。
2009-06-26 physics.class-ph
Transfer matrices for piecewise constant potentials
通过将一维非定常薛定谔方程表示为两个一阶微分方程组，利用矩阵指数得到了矩形势垒的转移矩阵。它表明，转移矩阵允许一个找到的束缚态和准正规模式。对电磁波在均匀介质中的一维传播也作了类似的处理。
2007-06-07 physics.class-ph physics.gen-ph
Maxwell equations in Riemannian space-time, geometry effect on material equations in media
将弯曲时空中的（真空）麦克斯韦方程组视为平坦时空中的麦克斯韦方程组的已知可能性（Mandel'Wellington L.I.，Tamm I.E.）研究了由弯曲模型的度量结构决定的有效介质中的非线性问题。弯曲时空的度规结构产生了有效的电磁场本构方程，对于任意黎曼时空的一般情况，明确地找到了四个相应的对称张量的形式。四个本构张量不是相互独立的，它们之间有一些附加的约束。文中详细列举了几个简单的例子：给出了各向异性介质（磁性晶体）的几何模型和运动参考系中均匀介质的几何模型--后者是通过使用由运动均匀介质的四矢量速度确定的非对角度量张量来实现的。确定了由常曲率空间几何（罗巴切夫斯基模型和黎曼模型）产生的有效材料方程。
2007-09-15 physics.class-ph physics.gen-ph
Complex Relativity: Gravity and Electromagnetic Fields
通过引入自然势，我们提出了电磁场的新方面。这些自然势适用于构造复相对论（广义相对论与电磁方程相结合的理论）的度规张量的一阶畸变。从反对称张量到对称张量的过渡有助于定义自然势;它们的形式适合狄拉克矩阵的系统，这种表示导致度量张量的失真。我们的考虑源于非对称连续统理论的最新进展。这种理论的一个版本假设反对称应变场和应力场的存在;这些场起源于连续介质中的某种内部摩擦，该连续介质具有与粒子旋转相关的弹性键。
2005-06-06 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph physics.gen-ph
