V klasickej teórii elektromagnetického poľa sú definované 2 základné veličiny, vektory - intenzita elektrického poľa E a intenzita magnetického poľa H. Ich vektorovým súčinom získame novú veličinu S, tzv. Poyntingov vektor.
Čo je na tomto vektore tak zaujímavé a ako súvisí s tokom energie?
Z definície a rozmerovej analýzy sa dá odvodiť, že jednotkou tohto vektora je W/m². To znamená, že popisuje hustotu toku energie. Keďže sa jedná o vektorovú veličinu, dá sa povedať, že v oblastiach, kde je vektor S nenulový, dochádza k prenosu elektrickej energie. Tam, kde je vektor S nulový, k toku energie nedochádza.
Ako sa teda šíri elektromagnetická energia?
Pre prípad elektromagnetickej vlny, kde sú vektory E a H na seba kolmé, je situácia pomerne jednoduchá. Z matematickej analýzy vyplýva, že smer vektora S je kolmý na smery E a H a zároveň zodpovedá smeru šírenia elektromagnetickej vlny. Intuitívne teda, vektor S má ten istý smer, akým sa šíri elektromagnetická vlna.
Ako to bude v prípade dokonalého elektrického vodiča?
V hypotetickom elektrickom vodiči s nulovým odporom je intenzita elektrického poľa vždy nulová. Z toho priamo plynie, že nulový je aj vektor S – teda hustota toku energie vnútri dokonalého vodiča je presne nulová. Elektrická energia sa teda nemôže šíriť vodičom! V okolí vodiča ale existujú nenulové vektory B a H, energia sa teda šíri pozdĺž vodiča.
Aká je veľkosť a smer Poyntingovho vektora v prípade reálneho vodiča?
Tu je situácia zložitejšia. Dá sa dokázať, že existuje malá zložka Poyntingovho vektora, ktorá má priamy súvis so známym vzťahom RI² – Joulovo teplo/straty na vodiči a smeruje z priestoru okolo vodiča do jeho objemu. Táto energia je zodpovedná za jeho ohrev a nemá súvis s prenosom energie od zdroja k spotrebiču. Prenos od zdroja k spotrebiču je sprostredkovaný vektorom S v okolí vodičov rovnako, ako v prípade ideálneho vodiča s nulovým odporom.
V priestore s elektrickým spotrebičom dochádza k podobnému javu, keď vektor S smeruje z priestoru okolo do elektrického spotrebiča. Energia elektromagnetického poľa teda do spotrebiča vstupuje a môže vykonať prácu. Tento pohľad je síce kontraintuitívny, ale je v plnom súlade s klasickou elektrodynamikou.
Aká je teda vlastne úloha kovových vodičov v elektrotechnike, ak sa elektrická energia dokázateľne šíri priestorom pozdĺž nich a nie v samotnom kove ?
Elektrické vodiče je možné chápať ako „dráhy“, ktorými je možné elektrickú energiu nasmerovať od zdroja k spotrebiču. Vznikajú pri tom sprievodné javy, ako je elektrický prúd alebo elektrické napätie, ale z pohľadu klasickej elektrodynamiky sú pre prenos energie dôležité práve spomenuté polia E a H a ich vektorový súčin S.
Nakoľko je ale analýza nízkofrekvenčných obvodov priamou aplikáciou Maxwellovej teórie veľmi zložitá, v inžinierskej praxi sa zavádza práca s napätiami, prúdmi, odpormi atď., ktoré sú na analýzu obvodov oveľa jednoduchšie.
