![]() КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯСтр 1 из 8Следующая ⇒ Лабораторная работа №1 РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН В ОДНОРОДНЫХ ИЗОТРОПНЫХ СРЕДАХ ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Определение электромагнитных характеристик сред.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ Волновым процессом называется перемещение в пространстве переменного электромагнитного поля. Частным случаем волнового процесса является гармоническая волна (колебание одной частоты). В отличие от колебательного процесса фаза волнового процесса имеет как временную
Величина k называется фазовой постоянной и показывает, на сколько радиан изменяется фаза волны на расстоянии в 1 м. Таким образом, величина k имеет размерность Скорость перемещения фронта волны называется фазовой скоростью. При удалении от источника излучения в каждой точке пространства фаза волны принимает определенное значение, зависящее от длины пути. Длиной волны называется расстояние, на котором фаза волны изменяется на 2p. Длина волны и фазовая скорость связаны соотношением:
В реальных средах волна теряет часть своей энергии в результате ее взаимодействия со средой, которое имеет тепловой характер. Среда, электрическая проводимость которой практически равна нулю, называется диэлектриком. В диэлектриках потери энергии волны связаны с явлением, которое называется электронной поляризацией диэлектрика. Под действием электрического поля волны в молекулах вещества происходит переориентация электрических зарядов. В результате этого центры тяжести положительных и отрицательных зарядов оказываются не совмещенными, и молекула становится своеобразным электрическим диполем. Такая молекула называется полярной. Существуют вещества, в которых молекулы изначально являются полярными. Примером такого вещества является обычная вода. Под воздействием кулоновых сил со стороны волны электрические диполи в диэлектрике из первоначального хаотического расположения перестраиваются вдоль силовых линий напряженности электрического. На этом процесс поляризации диэлектрика заканчивается. В процессе перестройки диполей их взаимодействие имеет характер трения, что сопровождается нагревом вещества. С ростом частоты волны интенсивность взаимодействия диполей увеличивается, и поэтому потери возрастают. В воображаемых идеальных диэлектриках процесс их поляризации протекает практически мгновенно и не сопровождается потерями. Такие диэлектрики называются электрическими изоляторами. В средах с проводимостью отличной от нуля также имеют место тепловые потери, однако их механизм имеет принципиальные отличия от того, что происходит в диэлектриках. Свободные электроны, двигающиеся в проводниках под действием электрического поля волны, оказывают силовое воздействие на кристаллическую решетку, в узлах которой расположены нейтральные атомы. Возникает эффект, подобный трению, который сопровождается деформацией кристаллической решетки и выделением определенного количества тепла. В средах с конечной проводимостью диэлектрическая проницаемость является комплексной величиной:
Отношение Тангенс угла потерь принято считать критерием при делении сред на проводники и диэлектрики. Если Диэлектрическую проницаемость диэлектриков также можно представить в комплексном виде по аналогии с проводниками, введя понятие эквивалентной проводимости:
где Отношение
В случае вакуума (
где
В реальных средах с потерями величина k приобретает комплексный характер:
где
Комплексное число k можно выразить как
Тогда формула для напряженности поля волны примет вид:
где величина β называется фазовой постоянной и имеет тот же физический смысл, что и волновое число k , а величина α называется коэффициентом затухания и имеет размерность 1/м. В общем случае для полупроводящих сред величины a и b определяются из соотношений
В случае хорошо проводящих немагнитных сред (
В случае диэлектриков, когда tgδ << 1
Длина волны и фазовая скорость зависят от электрических параметров среды. В реальных средах
Векторы электрического поля Е и магнитного поля Н связаны соотношением
где величина ZC называется характеристическим (волновым) сопротивлением среды и определяется к
В случае вакуума
Вследствие комплексного характера характеристического сопротивления среды без учета ее магнитных свойств между векторами Е и Н существует сдвиг по фазе, который можно определить из услвия
Таким образом, сдвиг фаз между векторами Е и Н составляет половину угла потерь. В средах, близким к идеальным проводникам, угол потерь составляет 900. По этой причине сдвиг фаз между векторами Е и Н в реальных средах не может превышать 450.
|