从能量守恒视角看弹性场与电磁场之间的耦合效应
摘要
不同物理场之间的耦合效应实质上反映了能量从一种形式向另一种形式的转换。对于简单的物理过程，其控制方程或本构方程均满足能量守恒定律。随后，分析被推广至耦合效应。首先，对于线性正逆压电和压磁效应，发现其本构方程保证了在弹性场和电磁场之间的能量转换过程中总能量守恒；然而，能量是通过做功项 和 转换的，而非通过能量项 和 。其次，对于广义 Villari 效应，电磁能量可被视为对广义弹性能量的额外贡献。第三，对于电致伸缩和磁致伸缩，论证了这两种效应均由 Maxwell 应力引起；此外，它们的能量纯为电磁能量，因此两者均无逆效应。在这些过程中，能量可以通过三种不同方式进行转换，即通过非保守力、通过能量项的交叉依赖以及直接通过离子和电子的电磁相互作用。最后，还分析了涉及弹性场、电磁场和扩散的一般耦合过程。使用这种能量形式的优点在于，它有助于讨论能量的转换，并为理解这些耦合效应的机制提供更好的物理洞察。
引用
@article{arxiv.1512.04487,
title = {On the Coupling Effects between Elastic and Electromagnetic Fields from the Perspective of Conservation of Energy},
author = {Peng Zhou},
journal= {arXiv preprint arXiv:1512.04487},
year = {2021}
}
备注
Revisions: More physical explanations are provided for the process of energy conversion during the linear piezoelectric and piezomagnetic effects in section 3. A schematic illustration of the conversion of energies for the three coupling effects between electromagnetic fields and elastic fields are also summarized in Figure 2 at the end of section 5