Površinski kratkovalni elektromagnetski val iznad površine mora. Pomoć za studenta elektronike

Veličina: px

Započni pojavljivanje sa stranice:

prijepis

1 Syomkin Sergej Viktorovič, Smagin Viktor Pavlovič ELEKTROMAGNETSKI UČINCI UZROKOVANI MORSKIM POVRŠINSKIM VALOM Adresa članka: Članak je objavljen u autorskom izdanju i odražava stajalište autora(a) o ovoj problematici. Izvor Almanah suvremene znanosti i obrazovanja Tambov: Diploma, (59). C ISSN Adresa časopisa: Sadržaj ovog broja časopisa: Izdavačka kuća "Gramota" Informacije o mogućnosti objavljivanja članaka u časopisu dostupne su na web stranici izdavača: Pitanja vezana uz objavljivanje znanstvenih materijala, uredništvo zamoliti za slanje na adresu:

2 194 Izdavačka kuća Gramota sl. 3. Popunjavanje kompetencija Razviti informacijski sustav za računovodstvo objekata intelektualnog sustava. Odabran je programski jezik PHP, budući da ovaj programski jezik omogućuje kreiranje dinamičkih web stranica i njihovo povezivanje s bazom podataka implementiranom u MySQL. Ovaj pristup omogućuje postavljanje sustava na Internet i pristup mu s bilo kojeg mjesta bez dodatnih softverskih proizvoda. Razvijeni informacijski sustav za računovodstvo objekata intelektualnog vlasništva doprinosi: - smanjenju vremena utrošenog na sudjelovanje u razvoju i provedbi jedinstvene patentne i licencne politike organizacije; - preraspodjela opterećenja zaposlenika organizacije; - povećanje učinkovitosti računovodstva i kontrole nad upisom predmeta intelektualnog vlasništva te pravodobnim evidentiranjem izvješća o njima. Računovodstveni informacijski sustav intelektualnog vlasništva omogućuje praktično i pouzdano pohranjivanje i upravljanje podacima odjela, mogućnost pripreme dokumenata za podnošenje zahtjeva za službenu registraciju računalnog programa ili baze podataka. Time će se značajno poboljšati kvaliteta usluga zaštite i zaštite intelektualnog vlasništva, povećati učinkovitost rada s intelektualnim vlasništvom. Literatura 1. Sveruski znanstveno-tehnički informacijski centar [Elektronski izvor]. URL: (datum pristupa:). 2. Intelektualno vlasništvo: zaštitni znak, izum, patentiranje, patentni zastupnik, patentni ured, Rospatent [Elektronički izvor]. URL: (datum pristupa:). 3. Sergeev A.P. Pravo intelektualnog vlasništva u Ruskoj Federaciji: udžbenik. M., s. 4. Federalni zavod za industrijsko vlasništvo [Elektronski izvor]. URL: (datum pristupa:). UDC fizika i matematika Sergej Viktorovič Semkin, Viktor Pavlovič Smagin Državno sveučilište ekonomije i usluga Vladivostok ELEKTROMAGNETSKI UČINCI UZROKOVANI MORSKIM POVRŠINSKIM VALOM 1. Uvod Poznato je da je morska voda vodljiva tekućina zbog prisutnosti iona različitih predznaka u njoj. Njegova električna vodljivost, ovisno o temperaturi i salinitetu, može Syomkin S.V., Smagin V.P., 2012.

3 ISSN Almanah moderne znanosti i obrazovanja, 4 (59) variraju na površini oceana unutar 3-6 Sim/m. Makroskopska kretanja morske vode u geomagnetskom polju mogu biti popraćena pojavom električnih struja, koje zauzvrat stvaraju dodatno magnetsko polje. Na ovo inducirano polje utječu brojni različiti čimbenici. Prvo - vrsta hidrodinamičkog izvora - površinski valovi mora, unutarnji valovi, struje i plime, dugi valovi kao što su tsunami itd. Inducirano elektromagnetsko polje može se stvoriti i drugim vrstama makroskopskog kretanja vode - akustičnim valovima i umjetnim izvorima - podvodnim eksplozijama i brodskim valovima. Drugo, na ovo polje može utjecati električna vodljivost stijena dna i topografija morskog dna. Također se može primijetiti da se u seizmologiji javlja i problem sličan proračunu induciranog polja u morskom okolišu – kretanje litosfere u Zemljinom magnetskom polju dovodi do pojave induciranih struja. Jedan od smjerova istraživanja prostorno-vremenske strukture induciranog polja je slučaj kada ga generira dvodimenzionalni površinski val. Proračun elektromagnetskog polja induciranog površinskim valom može se izvesti u različitim aproksimacijama i za različite modele morskog okoliša. U radovima je izračunato polje inducirano površinskim valovima mora u aproksimaciji beskonačno dubokog oceana, a u ovom radu teorijski su istraživana polja inducirana valovima vjetra u zonama plitkih voda, uzimajući u obzir konačnu promjenjivu dubinu. Razmatran je složeniji hidrodinamički model morskih valova - vrtložni valovi s konačnim vrhom. Odnosno, moguć je značajan broj različitih opcija za postavljanje problema, ovisno o utjecaju kojih pojedinih čimbenika treba uzeti u obzir. U ovom radu proučavamo utjecaj električnih i magnetskih svojstava stijena dna, odnosno njihove magnetske permeabilnosti i električne vodljivosti, na inducirano elektromagnetsko polje. Obično je proučavanje utjecaja svojstava stijena dna na magnetsko polje ograničeno na uzimanje u obzir samo njihove električne vodljivosti, budući da stijene dna, u pravilu, nemaju izražena magnetska svojstva. Međutim, u obalnoj zoni oceana sasvim je moguća situacija kada i stijene dna imaju magnetska svojstva. Osim toga, ispada [Ibid.] da je za potencijalno kretanje tekućine, pojava strujanja u pridnim stijenama moguća samo zbog indukcijskih učinaka - izraz u Maxwellovim jednadžbama. A odbacivanje ovog pojma (kvazistatička aproksimacija) dovodi do činjenice da inducirano polje uopće ne ovisi o vodljivosti stijena dna. Stoga ćemo razmotriti takvu formulaciju problema određivanja elektromagnetskog polja induciranog površinskim valom, u kojem dno ima ne samo električnu vodljivost, već i magnetska svojstva, a također ćemo uzeti u obzir i učinak samoindukcije. . 2. Osnovne jednadžbe i rubni uvjeti Za rješavanje problema određivanja elektromagnetskog polja izazvanog kretanjem morske vode u geomagnetskom polju koristi se sustav Maxwellovih jednadžbi: (1) Odnos između parova vektora i (materijalne jednadžbe) i izraz za gustoću struje različiti su u različitim medijima. Pretpostavit ćemo da je u zraku (medij I) odnos između vektora koji karakteriziraju elektromagnetsko polje isti kao u vakuumu, te da nema električnih struja i prostornih naboja: (2) morska voda (medij II) smatrat će se homogenom i u smislu hidrodinamičkih i i elektromagnetskih svojstava. Jednadžbe materijala u koordinatnom sustavu u odnosu na koji se fluid giba opisane su u. S obzirom da je brzina kretanja vode mala, a inducirano magnetsko polje mnogo manje od geomagnetskog polja, dobivamo: , (3) (4) gdje su i su električna propusnost i vodljivost morske vode. Razmotrimo pitanje volumena električnih naboja unutar vode. Iz jednadžbi (1), relacije (3), Ohmovog zakona (4) i uvjeta očuvanja električnog naboja dobivamo: (5) Za slučaj stacionarnog procesa, kada i, rješenje (5) ima oblik: Na,. To znači da bilo koji stacionarni hidrodinamički i hidroakustički procesi mogu biti

4 196 Nakladničku kuću Gramota valja smatrati etabliranom i u elektrodinamičkom smislu. Budući da cikličke frekvencije ne prelaze čak ni ultrazvučne valove, možemo s dobrom točnošću pretpostaviti da tako, uz potencijalno kretanje morske vode (), u morskoj vodi nema prostornih naboja. Donje stijene (medij III) će se pretpostaviti kao polu-beskonačan homogeni medij s vodljivošću, dielektričkom i magnetskom propusnošću i, respektivno. Jednadžbe materijala i Ohmov zakon u ovom mediju su sljedeće: (6) Volumenska gustoća električnih naboja u mediju III odgovara jednadžbi sličnoj (5), ali s nultom desnom stranom. Stoga, u stacionarnom periodičnom načinu rada. Karakteristično vrijeme uspostavljanja ravnoteže je istog reda kao Kao što je prikazano u , rubni uvjeti na granicama I-II i II-III imaju isti oblik za male brzine kretanja vode kao i za stacionarne medije. Odnosno na granici I-II:, (7) Na granici II-III:, (8) Površinske gustoće naboja i nisu unaprijed poznate i nalaze se pri rješavanju problema. 3. Dvodimenzionalni površinski val Razmotrimo dvodimenzionalni površinski val koji se širi u smjeru osi (os je usmjerena okomito prema gore, a ravnina se poklapa s neporemećenom površinom vode). Brzine čestica tekućine bit će sljedeće:, (9) - dubina mora., a povezane su relacijom disperzije (10) , ovisno o zemljopisnoj širini mjesta, i - kutom između smjera širenje vala i projekcija vektora na horizontalnu ravninu. Rješenje sustava (1) tražit ćemo u obliku Zamjenom ovih izraza u (1) dobivamo: (11) (12) (13) (14) (15) ( () (16) ( (17) ( () (18) Jednadžbe (11)-(18) mogu se podijeliti u dvije grupe: jednadžbe (11), (13), (16) i (18) za komponente i i jednadžbe (12), (14), (15) i (17 ) za komponente, U. Jednadžbe druge skupine rješavamo na sljedeći način i izražavamo u terminima: a jednadžbe za imaju oblik

5 ISSN Almanah suvremene znanosti i obrazovanja, 4 (59) u okruženju II:, (21) (22) u okruženju III:, (23) sustav na dvije jednadžbe za i koje zapisujemo u matričnom obliku: () () ( ) Rješavajući ovaj sustav, nalazimo koeficijente, i kroz koje se izražavaju komponente elektromagnetskog polja, i. Na sličan način rješavamo sustav jednadžbi (11), (13), (16) i (18) za komponente, a jednadžbe za imaju oblik Komponenta je izražena iz (19). Rješavajući (25) i koristeći (23) i (19) nalazimo komponente u mediju I: u mediju II: (24) (25) (26) (27) u mediju III: Koristeći rubne uvjete (7) i (8 ), dobivamo: (28) Stoga i. Dakle, u sva tri medija i ( (29) ( (30) Komponenta ima diskontinuitete na granicama između medija. To znači da na granicama postoje površinski naboji čije se gustoće određuju iz uvjeta (7) i ( 8): (granica I -II) (31) (granica II-III) (32) Iz dobivenog rješenja proizlazi da su komponente gustoće struje i jednake nuli u sva tri medija, što je u skladu s uvjetom očuvanja električnog naboja Komponenta nije jednaka nuli i

6 198 Nakladnička kuća Gramota je po redu veličine. Postojanje periodično promjenjivih površinskih naboja na prvi pogled proturječi uvjetu: budući da medij nije supravodljiv, nema površinskih struja, a promjena površinskog naboja može se povezati samo s postojanjem komponente volumenske struje normalne na granicu . Vrijednost ove komponente naći će se iz uvjeta očuvanja naboja, tako da će omjer biti otprilike veličine morske vode i tipične frekvencije valova vjetra. Odnosno, pri odbacivanju ne idemo dalje od granica točnosti s kojima se razmatraju konstitutivne jednadžbe (2), (4) i (6) i rubni uvjeti (7) i (8). 4. Rezultati proračuna i zaključci Dakle, za dvodimenzionalni površinski val koji ima proizvoljan smjer u odnosu na magnetski meridijan izračunali smo komponente magnetskog i električnog polja u svim medijima, kao i površinske električne naboje na dnu i slobodnim površinski. Utjecaj električnih i magnetskih svojstava stijena dna na magnetsko polje inducirano valom očituje se na sljedeći način. Riža. 1 Na sl. Na slici 1 prikazane su ovisnosti amplituda komponenata i jednakih iznad površine (u jedinicama) o razdoblju vala za valove iste amplitude. Krivulja 2 odgovara slučaju nemagnetnog i nevodljivog dna (,), krivulja 1 - slučaju nemagnetskog vodljivog dna (,), krivulja 4 - slučaju magnetskog nevodljivog dna (,), a krivulja 3 - na slučaj magnetskog vodljivog dna (,). Sve krivulje su izračunate za slučaj Ispada da za bilo koju vrijednost valnog razdoblja, inducirano polje monotono raste s rastom magnetske propusnosti dna i opada s rastom njegove vodljivosti. Ovisnost magnetskog polja o razdoblju vala može biti monotono rastuća ili imati maksimum, ovisno o orijentaciji vala u odnosu na geomagnetsko polje. Riža. 2

7 ISSN Almanah suvremene znanosti i obrazovanja, 4 (59) Na slici 2 prikazane su ovisnosti induciranog magnetskog polja (u istim jedinicama kao na slici 1) o dubini mora (u kilometrima) za valove s periodom pri,. Krivulje 1, 2, 3 i 4 odgovaraju vrijednostima jednakim 1, 2, 10 i 100. Iz dobivenih rezultata mogu se izvući sljedeći opći zaključci: 1. Volumetrijski električni naboji ne nastaju ni u morskoj vodi ni u u vodljivim stijenama dna u slučaju potencijalnog kretanja morske vode. 2. Površinski električni naboji (30), (31) određeni su samo komponentom geomagnetskog polja, amplitudom i frekvencijom vala te dubinom oceana i ne ovise o magnetskoj propusnosti i električnoj vodljivosti stijena dna i morske vode. 3. Uzdužna komponenta induciranog magnetskog polja jednaka je nuli u svim medijima. 4. Uzdužna komponenta induciranog električnog polja jednaka je nuli u kvazistatičkoj aproksimaciji, a komponente i, kao i površinski električni naboji, ne ovise o električnim i magnetskim svojstvima vode i stijena dna. 5. Za sve vrijednosti dubine oceana i razdoblja valova, veličina induciranog magnetskog polja monotono raste do konačne granične vrijednosti s povećanjem magnetske propusnosti stijena dna i monotono opada s povećanjem njihove vodljivosti. Literatura 1. Gorskaya E. M., Skrynnikov R. T., Sokolov G. V. Varijacije magnetskog polja izazvane kretanjem morskih valova u plitkoj vodi // Geomagnetizam i aeronomija S Guglielmi A. V. Ultraniskofrekventni elektromagnetski valovi u Zemljinoj kori i magnetnoj sferi S // UFN magneto Sfera A. Elektrodinamika. M., Savchenko V. N., Smagin V. P., Fonarev G. A. Problemi morske elektrodinamike. Vladivostok: VGUES, str. 5. S. V. Semkin, V. P. Smagin i V. N. Savchenko, “Magnetno polje infrazvučnog vala u oceanskom valovodu”, Geomagn. Generiranje poremećaja magnetskog polja tijekom podvodne eksplozije // Izvestiya RAN. Atmosferska i oceanska fizika TS Smagin VP, Semkin SV, Savchenko VN Elektromagnetska polja inducirana brodskim valovima // Geomagnetizam i aeronomija TS Sretensky LN Teorija gibanja valnog fluida. M.: Nauka, str. 9. Fonarev G. A., Semenov V. Yu. Elektromagnetsko polje površinskih valova mora // Proučavanje geomagnetskog polja u vodama mora i oceana. M.: IZMIRAN, S Fraser D. C. Magnetic Fields of Ocean Waves // Geophys. Časopis Royal Astron. Soc Vol P Larsen J. C. Electric and Magnetic Fields Induced by Deep Sea Tides // Geophys. Časopis Royal Astron. Soc Vol. 16. P Pukhtyar L. D., Kukushkin A. S. Istraživanje elektromagnetskih polja induciranih gibanjem mora // Physical Oceanography Vol P Sanford T. B. Motionally Induced Electric and Magnetic Fields in the Sea // J. Geophys. Res Vol P Warburton F., Caminiti R. Inducirano magnetsko polje morskih valova // J. Geophys. Res Vol P Weaver J. T. Magnetic Variation Associated with Ocean Waves and Swell // J. Geophys. Res Vol P UDC 34 Jurisprudencija Victoria Vitalievna Sidorenko, Aigul Sharifovna Galimova Baškirsko državno sveučilište PROBLEM UČINKOVITOSTI KORIŠTENJA RADNOG VRIJEME Radno vrijeme je važna kategorija u organizaciji rada u poduzeću. Predstavlja vrijeme u kojem zaposlenik, u skladu s internim pravilnikom o radu i uvjetima ugovora o radu, mora obavljati radne obveze, kao i druga razdoblja koja su, u skladu sa zakonima i drugim pravnim aktima, vezana uz radno vrijeme. Radno vrijeme je prirodna mjera rada, dok postoji kao višeznačna kategorija, jer Opće zdravstveno stanje i vitalna aktivnost osobe ovisi o duljini radnog vremena. Trajanje i intenzitet radnog vremena izravno utječe na duljinu vremena potrebnog za odmor za vraćanje snage, utrošenu energiju, ispunjavanje obiteljskih obveza za odgoj i sl. Stoga je najstrože poštivanje zakonodavstva o radnom vremenu ujedno i odredba najvažnijeg ustavnog ljudskog prava – prava na odmor. Reguliranjem radnog vremena rješavaju se važni zadaci kao što su: utvrđivanje mogućeg sudjelovanja građana u društvenom radu, osiguranje zaštite rada, poštivanje jamstva prava na odmor. Sidorenko V. V., Galimova A. Sh., 2012

Teorija prijenosnih vodova Širenje elektromagnetske energije duž sustava za vođenje Sustav za vođenje je linija sposobna odašiljati elektromagnetsku energiju u zadanom smjeru. Tako kanalizirajuće

4. ELEKTROMAGNETSKI VALOVI 4.. Valna jednadžba elektromagnetskog vala Iz Maxwellovih jednadžbi proizlazi da elektromagnetsko polje može postojati bez električnih naboja i struja. Na

Centar za osiguravanje kvalitete obrazovanja Naziv grupe MODUL: FIZIKA (ELEKTROMAGNETIZAM + OSCILACIJE I VALOVI (MODUL 5 I 6)) 1 Točne tvrdnje 1) magnetska svojstva trajnih magneta su posljedica

UDK 535.361 V. S. Gorelik i V. V. Shchalev ODBIJANJE ELEKTROMAGNETSKIH VALOVA OD SUČELJA DVA MEDIJA S POZITIVNIM I NEGATIVNIM INDEKSIMA LOMA Nove relacije za koeficijente

Elektromagnetski valovi. 1. Diferencijalna jednadžba elektromagnetskog vala Osnovna svojstva elektromagnetskih valova. 3. Energija elektromagnetskih valova. Umov-Poining vektor. 4. Dipolno zračenje. jedan.

I..3 Osnovna svojstva elektromagnetskih valova. 1. Transverzitet i ortogonalnost vektora E r i H r

UDK 539. 25 TOČNO RJEŠENJE PROBLEMA INTERAKCIJE NEHOMOGENIH VALOVA S RAVNOM GRANICOM Kh.B. Tolipov Analiza karakteristika raspršenog valnog polja je klasični problem geofizike, ultrazvuk.

STANDARDNA PITANJA ZA TEST (h.) Maxwellove jednadžbe 1. Kompletan sustav Maxwellovih jednadžbi za elektromagnetno polje ima oblik: Navedite koje jednadžbe rezultiraju sljedećim tvrdnjama: u prirodi

PRIMIJENJENA MEHANIKA I INŽENJERSKA FIZIKA. UDK 551.466.3 TEORIJI STACIONARNIH VALOVA U HORIZONTALNOM PROTOKU S PROFILOM LINEARNE BRZINE A. A. Zaitsev, A. I. Rudenko Atlantic

5 Vođeni valovi Vođeni val je val koji se širi duž danog smjera Prioritet smjera daje sustav za vođenje 5 Glavna svojstva i parametri vođenog vala

Kinetička induktivnost naboja i njezina uloga u klasičnoj elektrodinamici Mende F. F. Dielektrična i magnetska permeabilnost materijalnih medija temeljni su parametri koji su uključeni

Prosinac 1992 Svezak 162, 12 USPJEH U FIZIKALNIM ZNANOSTIMA METODOLOŠKE BILJEŠKE SMETNJE REAKTIVNIH KOMPONENTI ELEKTROMAGNETSKOG POLJA A.A. Kolokolov, (Moskovski institut za fiziku i tehnologiju, Moskovski strojni alat

LABORATORIJSKI RAD BR. 2.11 ODREĐIVANJE BRZINE ŠIRENJE ELEKTROMAGNETSKIH VALOVA POMOĆU DVOŽIČNE VODE Svrha rada Svrha rada je proučavanje procesa širenja elektromagnetskih

Izborno Metoda uzastopnih aproksimacija za izračun kvazistacionarnih elektromagnetskih polja (ovo pitanje nije u udžbenicima) Ako se elektromagnetska polja sporo mijenjaju u vremenu, tada jednadžbe

Safronov V.P. 2012 ELEKTROMAGNETSKO POLJE. MAXWELLOVE JEDNADŽBE - 1 - Poglavlje 17 ELEKTROMAGNETSKO POLJE Sustav četiri Maxwellove jednadžbe u potpunosti opisuje elektromagnetske procese. 17.1. PRVI PAR

4 ELEKTROMAGNETSKA NITANJA I VALOVI Oscilatorni krug je električni krug sastavljen od kondenzatora i zavojnica u kojem je moguć oscilatorni proces punjenja kondenzatora.

Magnetno polje pravocrtnog vodiča sa strujom Osnovni teoretski podaci Magnetno polje. Karakteristike magnetskog polja Baš kao u prostoru koji okružuje stacionarne električne naboje,

1 PREDAVANJE 21 Elektrostatika. Polako mijenjanje polja. Poissonova jednadžba. Rješenje Poissonove jednadžbe za točkasti naboj. Potencijal polja sustava naboja. Intenzitet električnog polja sustava naboja.

1 Tlak i impuls elektromagnetskih valova Tlak elektromagnetskog vala na površinu idealnog vodiča 1. Elektromagnetski valovi, reflektirani ili apsorbirani u tijelima, vrše pritisak na njih. Ovo je

PREDAVANJE 21 Elektrostatika. Polako mijenjanje polja. Uvjeti polja koja se polako mijenjaju. Poissonova jednadžba. Rješenje Poissonove jednadžbe za točkasti naboj. Potencijal polja sustava naboja. napetost

W09 ELEKTROMAGNETSKI VALOVI. POLARITONI. Prijeđimo na razmatranje značajki elektromagnetskih valova u različitim okruženjima. Koristit ćemo dobro poznate Maxwellove jednadžbe u obliku 1 B div D 0 rot E t (1)

Lekcija 17 Tema: Gibanje vala Elektromagnetski val Svrha: Jednadžba putujućeg harmonijskog vala Pomak, faza, valni vektor Energija vala Poynting-Umov vektor Stojeći val Kratka teorija Val

1 1 Kvazistacionarno stanje polja

Khmelnik S.I. Novo rješenje Maxwellovih jednadžbi za sferni val Sadržaj. Uvod. Rješenje Maxwellovih jednadžbi 3. Tokovi energije 4. Na uzdužnom valu 5. Zaključak Dodatak Literatura Tablice

Semestar Predavanje Valovi Valovi. Jednadžba ravnog monokromatskog vala. valna jednadžba. Pitanja. Val. Valna fronta. valna površina. Poprečni i longitudinalni valovi (primjeri. Jednadžba ravnih valova.

TEMA 16 MAXWELL JEDNADŽBE 161 Struja pomaka 162 Maxwellova ujedinjena teorija električnih i magnetskih pojava Maxwellov sustav jednadžbi 164 Objašnjenja teorije klasične elektrodinamike 165 Brzina širenja

Tema: Zakoni izmjenične struje Električnom strujom nazivamo uređeno kretanje nabijenih čestica ili makroskopskih tijela Promjenjivom se naziva struja koja s vremenom mijenja svoju vrijednost

1 7. Maxwellove jednadžbe i elektromagnetski valovi 7.1. Maxwellove jednadžbe Do sada smo proučavali Maxwellove jednadžbe u malim fragmentima. Sada je vrijeme da dodate zadnji dio i sve ih spojite.

Elektrostatika STANDARDNA PITANJA ZA TEST 1 (2. dio) 1. Polje stvara beskonačna jednoliko nabijena nit s linearnom gustoćom naboja +τ. Označite smjer gradijenta potencijala u točki A. 2. Svaki od

Ispit Uvjet faznog podudaranja (nastavak) Ova se prepreka može zaobići zbog dvolomnosti (dva različita indeksa loma u kristalu. Činjenica je da dva

Kratice: Odef F-ka F-la - Pr - formula formulacije definicije primjer 1. Električno polje 1) Temeljna svojstva naboja (popis) 2) Coulombov zakon (F-la, sl.) 3) Vektor električnog

LYCEUM 1580 (na Moskovskom državnom tehničkom sveučilištu po imenu N.E. BAUMAN) ODSJEK "TEMELJE FIZIKE", 11. razred, 3. semestar 2018-2019 AKADEMSKA GODINA Opcija 0 Zadatak 1. Prsten za plijevljenje površine S = 10.

L17 Maxwellova teorija elektromagnetskog polja temelji se na sljedećim odredbama 1. Svaka promjena magnetskog polja stvara vrtlog E u okolnom prostoru. Svaka promjena električnog polja (struja

Seminar 3 Elektromagnetski valovi Glavni materijal seminara predstavljen je u bilješkama s predavanja o optici Ovdje su samo dodatne točke

Pogreška Lorentza i Voronješke grupe ANALIZA. Beljajev Viktor Grigorijevič, planine. Fastov. [e-mail zaštićen] Napomena. Primjena bilo koje transformacije koordinata na Maxwellove jednadžbe radi dokazivanja

Tema 3. Elektromagnetski valovi u tvari. P.1. EMW u tvari P.2. Disperzija. P.3. EMW u vodljivoj tvari A.4. Disperzija i prigušenje EMW u dielektriku P.5. Polarizacija 1 P.1. EMW u materiji Problem:

Kretanje nabijenih čestica u električnom polju Osnovni teoretski podaci Na naboj Q koji se nalazi u elektrostatičkom polju jakosti E djeluje Coulombova sila jednaka F QE.

Predavanje 5 Širenje vala Refleksija i lom zvuka k k sin k os

Elektronički časopis "Zbornik radova MAI". Izdanje 68 www.a.ru/scece/rudy/ UDC 537.87+6.37 Rješenje problema raspršenja proširenim cilindričnim tijelima različitih presjeka Gigolo AI * Kuznjecov G. Yu. ** Moskovsky

1 LABORATORIJSKI RAD 38 PROUČAVANJE SVOJSTVA ELEKTROMAGNETSKIH VALOVA Svrha rada: proučavanje svojstava elektromagnetskih valova i metoda za njihovu indikaciju. Teorijski uvod Maxwell je teorijski dokazao (na temelju

Langmuirova frekvencija i njezin značaj za fiziku plazme F F Mende

1. OPCIJA 1. Za statička električna polja istinite su sljedeće tvrdnje: a) elektrostatičko polje djeluje na nabijenu česticu silom koja ne ovisi o brzini čestice, b) linije sile

Predavanje 11 Plan 1. Optičke pojave na granici medija: refleksija i lom polarizirane svjetlosti na sučelju.. Fresnelove formule. 3. Brewsterov efekt. 4. Promjena faze svjetlosnog vala na

Opća fizika. obitelj 2 Predavanje 12 Elektromagnetski valovi (nastavak) Plan predavanja: 1. Intenzitet elektromagnetskih valova. 2. Impuls elektromagnetskih valova. 3. Stojeći elektromagnetski val. 4. Zračenje

FIZIČKE I MATEMATIČKE ZNANOSTI UDK 5.9 POVRŠINSKI GRAVITACIJSKI ELEKTROKAPILARNI VALOVI NA SLOJU TEKUĆEG VODIČA Taktarov N.G. Egereva E.N. Mordovsko državno sveučilište, Saransk

29 Uvjeti na sučelju između dva medija div(D) = ρ

Predavanje 8 Male perturbacije u plinovima Razmotrimo širenje malih perturbacija u mediju. Neka je stanje ravnoteže medija opisano parametrima p V i odstupanjima od tih vrijednosti u svakoj točki prostora

Osnovna ispitna pitanja za 2. dio Osnovni. 1. Električna napetost Princip superpozicije. 2. Potencijal električnog 3. Tok vektora napetosti. Gaussov zakon. 4. Elektrostatički

1 Izvođenje jednadžbi za poremećaje protoka tekućine 1.1 Perturbacije u obliku putujućih valova

Odjeljak I. Inverzni zadaci VI Dmitriev. O JEDINSTVENOSTI RJEŠENJA TRODIMENZIONALNOG INVERZNOG PROBLEMA ELEKTROMAGNETSKOG SONDIRANJA. Uvod. Važna je komponenta pitanje jedinstvenosti rješenja inverznog problema

Elektromagnetski valovi Postojanje elektromagnetskih valova teoretski je predvidio veliki engleski fizičar J. Maxwell 1864. godine. Maxwell je analizirao sve do tada poznate zakone

Poglavlje 14 Maxwellova jednadžba 115 Vrtložno električno polje Vremenski promjenjivo magnetsko polje stvara električno polje E B čija je cirkulacija E dl B = E Bl dφ dl =, (1151) dt gdje je E Bl projekcija

Vlasovljeve jednadžbe u konceptu skalarnog vektorskog potencijala F. F. Mende Trenutno su Vlasovljeve jednadžbe osnovne jednadžbe elektrodinamike plazme u kojoj su elektromagnetska polja samokonzistentna

Khmelnik SI Elektromagnetski val u žici izmjenične struje Sažetak Predlaže se rješenje Maxwellovih jednadžbi za žicu izmjenične struje. Razmatra se struktura struja i tokova energije. Sadržaj.

Skin efekt ne podnosi skin efekt I.4 Skin efekt 1 Kvalitativna analiza Razmotrimo sada fiziku skin efekta. Ako u homogenom vodiču postoji stalna struja, tada je gustoća struje

Modeliranje fizikalnih pojava korištenjem sustava običnih diferencijalnih jednadžbi. Opis gibanja u gravitacijskom polju korištenjem običnih diferencijalnih jednadžbi. Razmatrane fizičke pojave

Kondenzator oscilatornog kruga je dugo vremena spojen na izvor konstantnog napona (vidi sliku). U trenutku t = 0 prekidač K se pomiče iz položaja 1 u položaj 2. Grafovi A i B predstavljaju

MOSKVSKO DRŽAVNO TEHNIČKO SVEUČILIŠTE IMENU NE BAUMANU ZAVRŠNA FAZA ZNANSTVENOG I OBRAZOVNOG NATJECANJA OLIMPIJADE "KORAK U BUDUĆNOST" NA KOMPLEKSU PREDMETA "TEHNIKA I TEHNOLOGIJA" OBRAZOVANJE

Khmelnik SI Više o prirodi Zemljinog magnetizma Napomena Predlaže se i raspravlja hipoteza o prirodi Zemljinog magnetizma. Sadržaj. Uvod. Elektromagnetski val u sfernom kondenzatoru 3. Magnetski

3. Laboratorijski rad 21 PROUČAVANJE ELEKTROSTATIČKOG POLJA Ciljevi rada: 1) eksperimentalno istražiti kvazistacionarno električno polje, izgraditi sliku ekvipotencijalnih površina i linija.

1. Dva pozitivna naboja q 1 i q 2 nalaze se u točkama s vektorima radijusa r 1 i r 2. Pronađite negativni naboj q 3 i radijus vektor r 3 točke u kojoj se mora postaviti tako da sila djeluje na

Federalna agencija za obrazovanje OU VPO Ural State Technical University-UPI Elektromagnetska indukcija. Maxwellove jednadžbe Pitanja za programirano upravljanje u fizici Ekaterinburg

PREDAVANJE 9. OSCILACIJE PLAZME U prethodnim predavanjima razmatrane su elementarne pobude u sustavima koji su u termodinamičkoj ravnoteži. Na primjer, kada su proučavani superfluidnost i supravodljivost,

• Specijalnost HAC RF01.04.03
• Broj stranica 155

Dio I. SPORI POVRŠINSKI MAGNETSKO-PLAZMA VALOVI U POLUVODIČIMA

Poglavlje I. Teorijski temelji postojanja površinskih elektromagnetskih valova

1.1. Struktura elektromagnetskog polja blizu površine magnetiziranog poluvodiča

1.2. Teorija sporog površinskog vala

Poglavlje II. eksperimentalna metoda

2.1. Zahtjevi za eksperimentalnu metodu

2.2. Opća načela metodologije

2.3. Eksperimentalna postavka

2.4. O tehnici mjerenja

2.5. Parametri uzorka

Poglavlje III. Način rada putujućih valova

3.1. Ideja za eksperiment

3.2. Istraživanje oblika valne fronte

3.3. Interferencija sporih valova

3.4. Osnovna svojstva valova

3.5. Odbijanje vala od ruba valovodne ravnine

3.6. Učinkovitost pobude površinskih valova

3.7. Komunikacija vala s površinom

Poglavlje IV. Širenje PMW valovima

4.1. Odlučan eksperiment

4.2. Formiranje valovodnog moda

4.3. Regija postojanja valova

4.4. Slabljenje sporih površinskih valova

4.5. Utjecaj temperature na širenje valova

Poglavlje V. Režim stajaćeg vala

5.1. Dijagram kretanja valova

5.2. Planarni Fabry-Perot rezonator

5.3. Disperzija površinskih valova

5.4. Struktura valnog polja

5.5. Polarizacija površinskih valova

5.6. Helikonske zrake

Poglavlje VI. Uređaji temeljeni na sporom PMW

Dio II. POVRŠINSKI ELEKTROMAGNETSKI VALOVI NA SLANU VODU

Poglavlje I. Analitički pregled

1.1. Povijest istraživanja

1.2. Analiza negativnih rezultata istraživanja

1.3. Kritika L.I. Mandelintamma

1.4. Moderan pogled na Zenneck SEW 1.5 Svojstva Zenneckovog vala

Poglavlje II. Eksperimentalno traženje valova

2.1. eksperimentalna metoda

2.2. Promatranje Zenneck-Sommerfeldovog vala

2.3. Stojeći Pew na ravnoj površini vode

2.4. Eksperimenti s putujućim valovima

2.5. Radijalna divergencija površinskih valova

2.6. Vertikalna struktura polja

2.7. SEW emiter Zenneck

Poglavlje III. Zenneck SEW aplikacije

3.1. Laboratorijski pokusi po lokaciji

3.2. O pobuđivanju SEW-ova na površini oceana

3.3. Hansenov prirodni eksperiment

3.4. O metodi prirodnog eksperimenta

3.5. Pomorske radijske komunikacije

3.6. PEV radar

Zaključci u dijelu II. Zašto Zenneckov val nije uočen u prirodnim uvjetima?

GLAVNI REZULTATI

Preporučeni popis disertacija

• Fenomen elektromagnetskih valova u ograničenoj i neravnotežnoj elektronskoj plazmi čvrste tvari 1998., doktor fizikalno-matematičkih znanosti Popov, Vjačeslav Valentinovič

• Učinci rezonantne transformacije polarizacije elektromagnetskih valova u strukturama s dvodimenzionalnom elektromagnetski aktivnom plazmom 2001., kandidat fizikalno-matematičkih znanosti Teperik, Tatiana Valerievna

• Širenje i zračenje elektromagnetskih valova u otvorenoj strukturi s dvodimenzionalnom elektronskom plazmom i periodičnom metalnom rešetkom 1998., kandidat fizikalno-matematičkih znanosti Polishchuk, Olga Vitalievna

• Valni procesi i kontrola elektromagnetskog zračenja u vodećim strukturama s frekvencijskom i prostornom disperzijom 2010., doktor fizikalnih i matematičkih znanosti Sannikov, Dmitrij Germanovič

• Akustički i spin valovi u magnetskim poluvodičima, supravodnicima i slojevitim strukturama 2009., doktorica fizikalnih i matematičkih znanosti Polzikova, Natalya Ivanovna

Uvod u rad (dio sažetka) na temu "Nove vrste površinskih elektromagnetskih valova u vodljivim medijima"

Godine 1873. James Clerk Maxwell formulirao je jednadžbe koje nose njegovo ime i predvidio postojanje elektromagnetskih valova koji se šire brzinom svjetlosti. U klasičnim eksperimentima Heinricha Hertza, u slobodnom prostoru uočeni su elektromagnetski valovi. Rezultati ovih eksperimenata brzo su stekli svjetsku slavu i priznanje. Povijest istraživanja površinskih elektromagnetskih valova koji nastaju na sučelju dvaju medija s različitim dielektričnim svojstvima nije bila tako jednostavna, doista dramatična.

Koncept "površinskih elektromagnetskih valova" (SEW) uveo je u znanost Arnold Sommerfeld, kada je 1899. razmatrao problem aksijalne struje u dugoj ravnoj žici i dobio rješenja Maxwellovih jednadžbi, čija amplituda brzo opada s udaljenosti od površine žice. Ta rješenja on je protumačio kao SEW, vjerojatno po analogiji s Rayleighovim površinskim akustičnim valovima. Prema iskustvu, površinski elektromagnetski valovi su očito prvi koje je primijetio R. Wood 1902. tijekom raspršenja elektrona u tankoj metalnoj foliji. Taj fenomen u to vrijeme nije bio shvaćen i ostao je poznat kao "Woodove anomalije" sve do 1960-ih. Slijedeći A. Sommerfelda, njemački teoretičari Kohn i Uller ustanovili su da ravno sučelje između dielektrika i dobrog vodiča ima usmjeravajući učinak na širenje masivnog vala i da je SEW moguć na ravnom sučelju između medija s malim gubicima.

Godine 1901. dogodio se povijesni događaj: Guglielmo Marconi je radio prijenos preko Atlantskog oceana na frekvenciji od 30 kHz-. Ovo nevjerojatno otkriće dovelo je do razmišljanja o mehanizmu širenja radio valova. Tada se još nije sumnjalo u postojanje Zemljine ionosfere, pa se nije raspravljalo o mogućnosti dalekosežne radiokomunikacije zbog refleksije radio zraka od ionosfere. Umjesto toga, sugerirano je da je nova vrsta radio vala, površinski val (SW), bila uzbuđena u njegovim eksperimentima.

Možda se iz tog razloga 1907. Sommerfeldov diplomirani student Jacek Zenneck zauzeo za pojašnjenje ovog pitanja. Ukazao je na povezanost studija Kohna i Ullera s pitanjem širenja radio valova po površini zemlje. Razvijajući svoje rezultate, J. Zenneck je pokazao da u mediju s ne samo malim nego i velikim gubicima Maxwellove jednadžbe s odgovarajućim rubnim uvjetima omogućuju rješenje koje se može nazvati površinskim valom usmjerenim ravnim sučeljem između dva medija:

P-vektor od Hertza) 6 t.j. je kombinacija dvaju ravnih vala, od kojih je jedan lokaliziran u zraku, a drugi u mediju. Ako medij ima konačnu vodljivost, tada su a i P kompleksni. Relacija disperzije za SW-ove koji se šire duž sučelja između medija s permitivnostima 8 i e0 ima oblik k k,

2 &0 O gdje su k i w valni vektor i frekvencija vala; do - ?

CO C c je brzina svjetlosti u vakuumu. Val je "vezan" za površinu, njegova fazna brzina nešto premašuje brzinu svjetlosti u dielektriku i ovisi o svojstvima temeljne površine. Zenneck je vjerovao da bi polje pravog emitera na velikoj udaljenosti od njega izgledalo kao val koji je pronašao. Međutim, iz njegovog rada proizlazi samo kompatibilnost rješenja gornjeg oblika s jednadžbama elektrodinamike, mogućnost postojanja SW, ali polje ni na koji način nije povezano s antenom, t.j. glavna točka problema zračenja nije otkrivena.

Prvu rigoroznu teoriju o širenju elektromagnetskih valova koje emitira dipol smješten na ravnoj granici između dva homogena medija (zemlje i zraka) dao je A. Sommerfeld u klasičnom djelu iz 1909. godine. Značajan korak naprijed, koji je napravio, bio je to što zemlju nije smatrao idealnim vodičem, već atmosferu apsolutnim izolatorom, te je svakoj polovici pripisao određenu konačnu permitivnost i vodljivost.

Sommerfeld je pokazao da se elektromagnetsko polje koje zrači dipol može predstaviti kao zbroj površinskog i tjelesnog vala. Vjerovao je da SW prevladava na velikim udaljenostima, te je tako uspostavio vezu između površinskog vala i izvora zračenja. Drugim riječima, smatrao je dokazanim da je na velikim udaljenostima polje od točkastog izvora Zenneck SW. Koncept PV Zennecka, podržan autoritetom Sommerfelda, dugo je bio gotovo općeprihvaćen. Primijenjena je na interpretaciju mnogih anomalnih pojava uočenih tijekom širenja radio valova, na primjer, na tzv. "loma obale" kada se val koji prolazi morem reflektira od obale.

Međutim, počevši od 1919. godine, u teorijskim radovima Weyla, Van der Pola, V. A. Focka i drugih, ovaj zaključak je osporavan i priznat kao pogrešan. Sam A. Sommerfeld, prepoznajući netočnosti u proračunima, nije smatrao pogrešnim koncept površinskog vala. Spor teoretičara mogao se riješiti samo eksperimentom. Takav je eksperiment prvi postavio Feldman 1933., koji je proučavao širenje radio valova u blizini Zemljine površine (zemljine zrake) i nije pronašao SW. Barrow je zatim 1937. pokušao detektirati Zenneckov površinski val pobuđivanjem radio valova nad površinom jezera Saint Neck u državi New York i također nije uspio. U našoj zemlji proveden je niz eksperimenata velikih razmjera pod vodstvom akademika L.I. Mandelstamma i N.D. Papaleksija. Niz godina, od 1934. do 1941., proučavano je polje zračenja konvencionalnih radio antena, proučavano je širenje radio valova duž površine zemlje (preko kopna i mora), ali ni pod kojim uvjetima nije promatran površinski elektromagnetski Zenneckov val. . Od tada se u ruskoj radiofizici čvrsto ustalilo mišljenje da je nemoguće pobuditi ovaj val stvarnim emiterima, te da sam koncept Zenneckovog površinskog vala ne odgovara fizičkoj stvarnosti.

Nastala je paradoksalna situacija: postojanje površinskog elektromagnetskog vala slijedi iz Maxwellovih jednadžbi, ali se ne opaža u eksperimentu. Time je dovedena u pitanje valjanost jednadžbi elektrodinamike. Želja za razrješenjem paradoksa natjerala je autora da postavi zadatak samostalnog istraživanja u laboratoriju. Dobiveni rezultat potvrđuje ispravnost Sommerfelda i Zennecka i otklanja proturječnost.

Kao rezultat opisanih događaja, interes za površinske elektromagnetske valove naglo je pao, a 40-50-ih godina praktički nisu proučavani. Oživljavanje interesa za SEW dogodilo se 1960-ih u vezi s proučavanjem interakcije zračenja s materijom, uglavnom s krutim tvarima i plazmom. Stern i Ferrell su, očito, bili prvi koji su pokazali da se vrhovi opaženi u niskoenergetskom području tijekom neelastičnog raspršenja brzih elektrona u metalnoj foliji (Woodove anomalije) mogu objasniti pobuđivanjem površinskih plazmona na granici između metala. i oksidni film koji ga prekriva. Powellovi eksperimenti potvrdili su predviđanja teorije. Površinski plazmon je opisan gornjim dijelom SEW disperzijske krivulje koja se nalazi u blizini plazma frekvencije. (krivulja 4 na slici 2)

Posljednjih godina površinski elektromagnetski valovi se teoretski proučavaju i eksperimentalno promatraju u raznim laboratorijima diljem svijeta. Pritom su donesena dva značajna zaključka. Prvo je dana jasna definicija površinskog vala: to je val koji eksponencijalno opada kako se udaljava od površine preko koje se širi. Raspodjela valnog polja najbolji je dokaz njegove površinske prirode. Drugo, pokazano je da se površinski val može smatrati karakterističnom vrstom oscilacija za danu površinu. Pobuđivanje SW-a je neovisan problem i ne treba ga miješati s uvjetima postojanja vala. Budući da je fazna brzina SEW nešto drugačija od brzine svjetlosti u zraku, može se pobuditi uz pomoć tjelesnog vala samo ako je ispunjen uvjet sinkronizma - približna jednakost faznih brzina, točnije, jednakost komponenti valnih vektora u smjeru širenja. Iz ovoga slijedi da svaki emiter ne može pobuditi površinski val. Prema suvremenim teorijskim konceptima moguća su dva slučaja (sl. 1 iz rada)

Područja postojanja SEW Fano i Zenneck

Zenneck 8 str

1) vrijednost e-kompleksa,0. Zatim na sučelju postoje tzv. Fano valovi s faznom brzinom V< с (прямая 5 на рис2), наблюдающиеся в газоразрядной плазме (поверхностные плазмоны), в полупроводниках и металлах. В настоящее время они активно исследуются и применяются в спектроскопии поверхности .

2) r-kompleksna veličina, c">-8o, c">0, .Površinski Zenneckov val s faznom brzinom V>c pojavljuje se na ravnom sučelju (prava crta 6 na sl. 2). Prije našeg rada ovaj val nije uočen. Sučelje (krivulja 1 na slici 1) između regija postojanja Fanoa i Zennecka određeno je jednadžbom s

0 e0 gdje je 8=8" + 18"

Prilikom prijelaza s ravnog sučelja na zakrivljeno s malim radijusom zakrivljenosti manjim od valne duljine, Zenneckov val se pretvara u Sommerfeldov val. Potonji je opisan drugom, složenijom jednadžbom disperzije, koja uključuje cilindrične Besselove i Hankelove funkcije. Grupa istraživača uspjela je potaknuti Zenneck-Sommerfeld SEW val u mikrovalnom rasponu u laboratorijskim uvjetima, dokazati njegovu površinsku prirodu i izmjeriti glavne karakteristike.

Nova faza u proučavanju SEW u plinovitoj i krutoj plazmi povezana je s uzimanjem u obzir utjecaja vanjskog magnetskog polja na vodljivi medij. U magnetskom polju vodljivi medij postaje žirotropan, pojavljuje se nova karakteristika - frekvencija ciklotronske rotacije nosača, što dovodi do promjene svojstava poznatih SEW (slika 2). Površinski plazmon (krivulja 4 na sl. 2), na primjer, transformira se u magnetoplazmon s nešto nižom (za nekoliko %) faznom brzinom. Smatralo se, međutim, da utjecaj magnetskog polja nije jako značajan.

Autor je eksperimentalno utvrdio (zajedno s V.I. Baibakovom) da se u stalnom magnetskom polju elektrodinamička svojstva površine vodljivog medija dramatično mijenjaju. To dovodi do pojave temeljno nove klase površinskih elektromagnetskih valova (krivulja 1 na sl. 2). Oni postoje samo na površini magnetizirane plazme, imaju jedinstvena svojstva i šire se faznim brzinama znatno nižim od brzine svjetlosti u vakuumu, zbog čega su nazvani sporim površinskim magnetoplazma valovima (SMW). Ponekad se u literaturi nazivaju površinskim helikonima ili Baibakov-Datsko valovima.

Spektar površinskih elektromagnetskih pobuda 1-spori PMW; 2-svjetlo u dielektriku; 3-Langmuirovi valovi-bulk plazmoni; 4-površinski plazmoni u plazmi (polaritoni u dielektricima, magnoni u magnetima); 5-valni Fano; 6-Zenneck val;

Disertacija se sastoji od dva dijela, prvi dio je posvećen sporim površinskim magnetoplazma valovima u poluvodičima, drugi dio je posvećen površinskim elektromagnetskim valovima u slanoj vodi. Spori PMW u krutom stanju otkrili smo 1971. Tijekom njihovog

Desetogodišnjim istraživanjem razvijena je tehnika pobuđivanja, izdvajanja iz mješovitog polja, identifikacije i mjerenja glavnih karakteristika površinskih elektromagnetskih valova u laboratorijskim uvjetima. To je omogućilo u sljedećim godinama eksperimentalno dokazati postojanje Sommerfeld-Zenneckovog elektromagnetskog površinskog vala.

Sporo PMV u 1p8b

Teorija sporih SMW u poluvodičkoj plazmi razvijena je nakon njihovog eksperimentalnog otkrića. Postojanje i svojstva sporih površinskih magnetoplazma valova proizlaze iz rješenja Maxwellovih jednadžbi napisanih za ograničeni vodljivi medij s odgovarajućim rubnim uvjetima i opisana su disperzijskom jednadžbom četvrtog reda. Teoriju fenomena izgradila je skupina harkovskih teoretičara pod vodstvom V. M. Yakovenka. Njegove glavne odredbe su sljedeće.

U stalnom magnetskom polju elektromagnetska svojstva poluvodiča su anizotropna. Ako je vektor magnetskog polja H usmjeren duž Ob osi, tada se permitivnost medija opisuje žirotropnim tenzorom 0

XX xy 0 xy yy

0 0 gdje izvandijagonalne komponente odgovaraju visokofrekventnoj Hallovoj struji.

U poluvodiču u stalnom magnetskom polju postoje dva masovna elektromagnetska vala (obični-antihelikon i izvanredni-helikon, koji se razlikuju u smjeru suprotnom kružnoj polarizaciji) s različitim karakteristikama širenja. Na frekvencijama mnogo nižim od frekvencije sudara nosioca V, kao i plazma Yup i ciklotronski coc. (co « Wp, coc, V) pod uvjetom V ~ coc, izvanredni valovi imaju malo slabljenja, a poluvodič ispada da biti im transparentan medij s velikim efektivnim indeksom loma. Međutim, niti jedan od tih valova ne može biti površinski, budući da ne zadovoljavaju granične uvjete na površini poluvodiča, koji se sastoje u kontinuitetu komponenti vektora jakosti magnetskog polja vala na granici između medija. Ovi uvjeti su zadovoljeni za superpoziciju običnih i izvanrednih valova, koji formiraju površinske magnetoplazma valove na sučelju

11 dvije vrste: brzi (y ~ c), koji se, u nedostatku vanjskog magnetskog polja, pretvaraju u poznate površinske elektromagnetske valove (površinski plazmoni) i spori (y - c) PMW, koji ne postoje bez magnetskog polja .

Neka poluvodič zauzima poluprostor y<0 и граничит с вакуумом. Тогда, при условиях у « С0С; С22| » |8ху| » |£хх|:

8 XX £ 22 xy disperzija i područje postojanja sporih valova određeni su odnosima

2 2 SOP-a u [£yy (1 + BS 2 in) + 218ux BS u

Nakon pojednostavljenja (2) poprima oblik ω = k2Nps 2 me

I0.ush@< О где 3 = а затухание:

A co (ku ~ k *) exu co y L, 2 yy

5) kut između magnetskog polja H 0 i dvodimenzionalnog valnog vektora k u ravnini sučelja, X2 ~ komponenta valnog vektora u mediju, kofrekvencija, c-brzina svjetlosti u vakuumu, n-koncentracija glavni nosioci naboja u poluvodiču, naboj e-elektrona.

Relacija (2a) pokazuje da spori PMW imaju kvadratni zakon disperzije, relacija (3) pokazuje da je širenje vala duž magnetskog polja nemoguće, t.j. valovi su kosi i postoje samo u dva uska sektora. Relacija (4) znači da valovi nisu recipročni (jednosmjerni) u odnosu na smjer

12 permanentno magnetsko polje. Spori površinski magnetoplazma valovi mogu postojati u sljedećim medijima:

1) u jednokomponentnom poluvodiču s relativno niskom koncentracijom nosača, kada je struja prednapona veća od struje vodljivosti;

2) u gustoj (struja pomaka je mala) jednokomponentnoj plazmi čvrstog tijela s anizotropnom masom nosača; to se opaža, na primjer, u poluvodičima s više dolina;

3) u gustoj jednokomponentnoj plazmi s magnetiziranim elektronima i nemagnetiziranim rupama.

Shema područja postojanja sporih SMW u specifičnom poluvodiču, indijevom antimonidu, prikazana je na slici 3. x

sl.3. Teorijsko područje postojanja sporih površinskih valova u indijevom antimonidu (pogled odozgo na površinu poluvodiča). e1 = 45°-60°, e2= 135°-150°. Kovrčava strelica označava smjer magnetskog polja

Eksperimentalno smo otkrili spore PMW i proučavali ih u indijevom antimonidu, poluvodiču s velikom pokretljivošću nosača (do l

77000 cm/V.sec pri T=300), uglavnom na sobnoj temperaturi, u frekvencijskom području od 10 MHz - 2 GHz i u magnetskim poljima do 30 kOe. Eksperimentalna metoda koju je razvio autor omogućila je pobuđivanje i primanje sporih valova, proučavanje njihovih svojstava u različitim modovima širenja:

Stojeći val (Fabry-Perot ravni rezonator);

Waveguide;

Putujući ravninski val na slobodnoj površini.

U tom se slijedu eksperiment odvijao u vremenu. Svaki od ovih načina omogućio je određivanje onih karakteristika vala koje se nisu mogle dobiti na druge načine, repro

13 je vjerovalo i nadopunjavalo druge. Eksperimentalni dokazi postojanja nove klase površinskih elektromagnetskih valova svode se na sljedeće utvrđene činjenice.

Carstvo postojanja.

Slika 8 prikazuje dijagram jednog od pokusa u kojem su uočeni valovi koji putuju duž slobodne površine. Ovisnost snage RF signala koji prolazi kroz površinu poluvodiča o orijentaciji magnetskog polja prikazana je na sl.20. Može se vidjeti da se na površini magnetiziranog poluvodiča razlikuju dva smjera u kojima se opaža najveći prijenos signala. Ti se pravci podudaraju sa sektorima teorijske domene postojanja sporih PMW.

sporost valova.

Zabilježen je tip vala koji se širi duž površine u zadanom odabranom smjeru, pod određenim kutom prema magnetskom polju (slika 18). Usporedba njegove duljine X s duljinom elektromagnetskog vala iste frekvencije u vakuumu X0 pokazuje da je 103 R t.j. X « X0 i val je spor.

Disperzija

Mjerenjem ovisnosti valne duljine o frekvenciji i jakosti magnetskog polja utvrđeno je da je njegova disperzija kvadratna i da se poklapa s teorijskom, određenom relacijom (2); disperzijska krivulja prikazana je na slici 43. Disperzija ovisi o veličini magnetskog polja, t.j. val je magnetoplazma.

Nereciprocitet

Brojnim pokusima utvrđeno je da spori valovi imaju jednosmjerno širenje, što potvrđuju, posebice slike 17, 20. Jednosmjerno širenje uočeno je i u načinu njihova širenja valovodom (slika 31). Modovi valova nastaju kada je površina poluvodiča ograničena paralelnim rubovima normalnim na magnetsko polje. U ovom slučaju val se širi poljem.

Površinski spoj

Smjerovi širenja vala jedinstveno su određeni ne samo orijentacijom vanjskog magnetskog polja, već i orijentacijom normale na površinu poluvodiča. Ovaj učinak "pričvršćivanja za površinu" jasno se očituje kada se val pobuđuje na ravninama ploče indijevog antimonida magnetizirane paralelno s njezinom ravninom. Shema smjera širenja valova na ravninama ploče snimljena u eksperimentu prikazana je na slici 28. Valovi pobuđeni na gornjoj i donjoj ravnini u skladu s orijentacijom normala na te ravnine teku u suprotnim smjerovima jedan prema drugome.

Poprečna struktura valnog polja

Raspodjela polja prikazana je na slici 44. Vidi se da polje površinskog vala pada u oba smjera s površine poluvodiča, ali njegov maksimum nije na površini, već je pomaknut duboko u medij. Takva raspodjela amplitude neuobičajena je za površinske valove, a ostali valovi ovog tipa (brzi površinski elektromagnetski valovi, gravitacijsko-kapilarni valovi na površini tekućine, površinski akustični valovi) se ne opažaju. Pomak maksimuma valnog polja ispod površine poluvodiča uzrokovan je osobitostima širenja elektromagnetskih valova u žirotropnom mediju i objašnjava se interferencijom dvaju parcijalnih vala koji postoje u masi poluvodiča (običnog i izvanrednog ) i imaju različite brzine raspada polja duboko u poluvodič, a na njegovoj su površini u antifazi.

slabljenje

Za prirodni indijev antimonid na sobnoj temperaturi i u magnetskom polju od 18 kOe, slabljenje je 2,7 dB, ili 1,35 puta veće od amplitude po valnoj duljini. Pod istim uvjetima, valna duljina u smjeru magnetskog polja je ~7 mm (u smjeru širenja X-5 mm), pa je slabljenje po jedinici duljine približno 0,4 dB/mm, odnosno dvostruko veće od amplitude na udaljenosti od 10 mm. Za spori PMW, slabljenje po valnoj duljini je konstantno i ne ovisi o frekvenciji.

Polarizacija

Maksimalni prijenos signala preko površine uzorka (Sl. 46) opaža se kada je ugrađen radijator koji pobuđuje TE val (H-komponenta polja je normalna na površinu), što odgovara PMW teoriji . Strogo govoreći, val je eliptički polariziran.

Znanstveni i praktični značaj dobivenih rezultata leži u činjenici da je spektar poznatih površinskih elektromagnetskih oscilacija optičkog frekvencijskog područja (plazmoni, polaritoni, magnoni) nadopunjen s dvije nove grane: sporim površinskim magnetno-plazma valom i brzim Sommerfeld-Zenneckov val, pronađen u HF i mikrovalnom rasponu, što otvara novi HF smjer istraživanja u površinskoj elektrodinamici.

Na temelju sporog PMW, nove metode za proučavanje površine vodljivih medija (metali, poluvodiči, plazma), metode za određivanje parametara poluvodiča, dijagnosticiranje plazme u čvrstom stanju, kao i nove vrste senzora magnetskog polja, radiotehnika mogu se izraditi uređaji različite namjene, aktivni mikrovalni uređaji u čvrstom stanju i magnetoplazma TWT. , upravljani elementi planarnih optičkih sustava za obradu informacija.

Značaj istraživanja nadilazi fiziku čvrstog stanja. U Zemljinoj ionosferi postoje povoljni uvjeti za širenje sporih magnetoplazma valova. U slučaju njihovog eksperimentalnog otkrivanja, moguće je koristiti PMW za istraživanje i aktivni utjecaj na Zemljinu ionosferu, kao i za stvaranje dodatnih radio komunikacijskih kanala.

Prioritet

O svakom novom fizičkom fenomenu mora se raspravljati i priznati ga znanstvena zajednica, stoga je prikladno dati informacije o njegovom prioritetu i priznavanju u Rusiji i inozemstvu.

Mogućnost postojanja sporih PMW-a teorijski je potkrijepljena u članku S.I. Khankina i V.M. Yakovenko "O pobuđivanju površinskih elektromagnetskih valova u poluvodičima", koji su dobili urednici časopisa Solid State Physics 19. srpnja 1966. godine. . Eksperimentalno otkriće sporih valova od strane V.I.Baibakova i V.N.

Nakon objavljivanja naših glavnih radova, pojavili su se članci koji su se doticali prioriteta i značaja novog fenomena. Na primjer, u članku Fly-v-a i Kuina navedeno je da su "Baibakov i Datsko predstavili eksperimentalne rezultate koji pokazuju da novi površinski val niske frekvencije postoji u plazmi s elektron-rupama HnSb na sobnoj temperaturi"; A.B.Davydov i V.A.Zakharov ukazuju na prioritet S.I.Khankina i V.M.Yakovenko u teorijskom, V.I.Baybakov i V.N.Datsko u eksperimentalnom proučavanju nove vrste površinskih valova. U članku E.A. Kanera i V.M. Yakovenka u časopisu "Uspekhi fizicheskikh nauk" navedeno je da

16 poznat u djelu nedavno su eksperimentalno otkrili Baibakov i Datsko u indijevom antimonidu.

U znanstvenoj literaturi naširoko se raspravljalo i o pitanju pouzdanosti otkrivenog fenomena; u raspravi je dokazana pouzdanost. Nezavisna eksperimentalna potvrda bio je rad G. Ruybisa i R. Tolutisa.

Površinski elektromagnetski valovi na slanoj vodi

Svaki stvarni izvor elektromagnetskog polja koji se nalazi na sučelju između dva medija pobuđuje i površinske i obimne valove, a njihovo razdvajanje se pokazuje kao težak eksperimentalni problem. U našim su pokusima SEW uočene u laboratorijskim uvjetima na površini vode različitog saliniteta (uglavnom 35%o) u frekvencijskom području od 0,7-6,0 GHz. Primijenjene su ranije razvijene metode pobuđivanja i proučavanja stajaćih i putujućih površinskih valova.

U načinu stajaćeg vala, Sommerfeld-Zenneckov val (cilindrična modifikacija ravnog Zenneck SW) prvi je put uočen na stupcu slane vode smještenom između dva metalna lima, koji su ravni Fabry-Perot rezonator. Izmjerena je disperzija i poprečna raspodjela polja, što nedvosmisleno ukazuje na njegov površinski karakter. Proučavan je i površinski elektromagnetski val na ravnoj vodenoj površini u rezonatoru od dvije ravne paralelne ploče uronjene u vodu pod uvjetima njezine dimenzionalne rezonancije. U ovom slučaju provedeno je odvajanje SW od masivnih polja i izmjerena je njegova amplituda struktura.

U načinu rada putujućeg vala, pomoću posebno dizajniranog emitera, bilo je moguće otkinuti volumno zračenje s površine i usmjeriti ga prema gore pod velikim kutom prema horizontu, čime se PW oslobodio primjesa volumnog polja. U zračenju takvog izvora koji se nalazi iznad površine vode zabilježena je prisutnost vala koji se širi duž površine, čija amplituda opada s udaljenosti p od emitera, što odgovara divergenciji SW-a pobuđenog aksijalnim simetrični izvor. Mjerenja vertikalne strukture polja u ovom valu pokazala su da polje eksponencijalno opada s udaljenošću od površine, a izmjerene ovisnosti visine lokalizacije o frekvenciji i salinitetu vode dobro se slažu s teorijskim proračunima.

Analiza rezultata jedinog nama poznatog eksperimenta (Hansen, SAD, 1974.) o širenju elektromagnetskog polja dekametarskog raspona (5-30 MHz), pobuđenog posebnim antenama, preko površine oceana duž 237 km dug put je ostvaren. Za razliku od Hansena, koji je otkrio neobjašnjivu anomaliju u širenju elektromagnetskog polja, zaključili smo da je u njegovom eksperimentu pobuđena mješavina tjelesnih i površinskih valova, a sam put je izabrao manje prigušene valove. Pokazali smo da na frekvencijama ispod određene kritične frekvencije ovisne o salinitetu (15 MHz u slučaju Hansena), Zenneck SW slabi mnogo slabije od zemaljskog snopa. Posljedično, na frekvenciji iznad 15 MHz, do širenja elektromagnetskog polja dolazi zemaljski snop, a na frekvenciji ispod 15 MHz, u obliku Zenneck SW, što objašnjava anomaliju. Podaci o relativnom slabljenju SW dobiveni Hansenovim radom dobro se slažu s rezultatima naših vlastitih laboratorijskih mjerenja.

Promatranje i identificiranje Zenneckovog vala u laboratoriju prvi je korak u proučavanju ovog fenomena. Sljedeći korak je proučavanje in vivo. Razmatrali smo različite aspekte širenja PW preko površine oceana (zakrivljenost Zemlje, valni efekti) sa stajališta mogućnosti stvaranja novih dalekometnih radiokomunikacijskih kanala i radara na Zenneckovom površinskom valu.

Materijal disertacije prikazan je sljedećim redoslijedom.

Dio I. Spora RMW u poluvodičima

U I. poglavlju razmatran je spektar normalnih elektromagnetskih valova na površini magnetiziranog poluvodiča te je prikazana teorija sporog površinskog magnetoplazma vala.

Poglavlje II opisuje eksperimentalnu tehniku, eksperimentalnu postavku i parametre uzoraka.

U III. poglavlju istražuju se valovi koji putuju po slobodnoj površini, nalazi se područje njihovog postojanja, oblik vala, nereciprocitet prostiranja i ovisnost duljine o kutu između smjera njegova širenja i orijentacije magnetskog polja. polje, površinski val i podzemni helikon su odvojeni.

Poglavlje IV. posvećeno je površinskim valovima u omeđenim strukturama (način širenja valovoda). Utvrđeno je područje postojanja vala u magnetskom polju, mjereno prigušenje i utjecaj temperature na karakteristike širenja te je prikazana izražena nereciprocnost i jednosmjernost širenja vala u odnosu na magnetsko polje.

Poglavlje V prikazuje rezultate istraživanja u modu stajaćih valova u površinskom Fabry-Perot rezonatoru. Razmatra se shema gibanja vala, utvrđuje se njegova struktura, disperzija i brzina. Opisan je učinak neobične koncentracije masivnog valnog polja, formiranje helikonskih snopa u volumenu poluvodiča, otkriven tijekom proučavanja sporih PMW.

U poglavlju VI. predloženo je 12 radiotehničkih uređaja koji bi se mogli stvoriti na temelju sporih površinskih magnetoplazma valova.

Dio II Površinski elektromagnetski valovi na slanoj vodi

Poglavlje I daje analizu radova na površinskim elektromagnetskim valovima bez magnetskog polja: daju se temeljno važne točke teorije A. Sommerfelda; kritički je razmatran teorijski koncept L. I. Mandelyptamma; prikazan je suvremeni pogled na površinske elektromagnetske valove; opisana su glavna svojstva Zenneckovog vala.

Slične teze u specijalnosti "Radiofizika", 01.04.03 VAK šifra

• Elektromagnetske pobude u vodičima s anizotropnom trakastom strukturom 1984., kandidat fizikalno-matematičkih znanosti Savinski, Sergej Stepanovič

• Obrasci formiranja uređenih mikro- i nanostruktura u kondenziranim medijima pri laserskoj ekscitaciji modova površinskih polaritona 1999, doktor fizikalnih i matematičkih znanosti Solovjev, Oleg Viktorovič

Zaključak disertacije na temu "Radiofizika", Datsko, Vladimir Nikolajevič

GLAVNI REZULTATI

1 Dokazano je da u magnetskom polju na granici između medija nalik plazmi i dielektrika postoje spori (y"c) površinski elektromagnetski valovi.

2 Spektar površinskih elektromagnetskih oscilacija dopunjen je niskofrekventnom granom: spori magnetoplazma valovi se detektiraju i proučavaju u indijevom antimonidu pri 200-400 K, u HF i mikrovalnom rasponu te u magnetskim poljima do 30 kOe. Utvrđeno područje postojanja; disperzija; fazna brzina i prigušenje, struktura poprečnog polja; polarizacija.

3 Utvrđeno je da se u magnetiziranom poluvodiču veliki helikon u blizini površine pretvara u pseudopovršinski val.

4 Razvijena je eksperimentalna metoda za proučavanje površinske spore magnetoplazme i brzih elektromagnetskih valova na površini vodljivih medija.

5 Otkriven je fenomen "elektromagnetske punkcije": u pločici od indijevog antimonida, postavljenoj u magnetsko polje normalno na svoju ravninu, mikrovalno elektromagnetno polje širi se u volumenu s nehomogenom pobudom u obliku vala s anomalnom koncentriranog polja koje se razlikuje od poznatog helikona.

7 Predloženih 12 uređaja baziranih na sporim površinskim magnetoplazma valovima, dobilo je dva autorska certifikata.

Napominjemo da se gore navedeni znanstveni tekstovi objavljuju na pregled i dobivaju priznavanjem izvornih tekstova disertacija (OCR). S tim u vezi, mogu sadržavati pogreške povezane s nesavršenošću algoritama za prepoznavanje. Takvih pogrešaka nema u PDF datotekama disertacija i sažetaka koje dostavljamo.

Širenje HF ionosferskim valom događa se sukcesivnom refleksijom od F sloja (ponekad E sloja) ionosfere i Zemljine površine. U tom slučaju valovi prolaze kroz donje područje ionosfere - slojeve E i D, u kojima se apsorbiraju (slika 5, a). Da bi se radio komunikacija obavljala na HF, moraju biti zadovoljena dva uvjeta: valovi se moraju reflektirati od ionosfere i jačina elektromagnetskog polja na određenom mjestu mora biti dovoljna za prijem, tj. apsorpciju vala u slojevi ionosfere ne bi trebali biti preveliki. Ova dva uvjeta ograničavaju raspon korisnih radnih frekvencija.

Za reflektiranje vala potrebno je da radna frekvencija nije previsoka, a da je elektronska gustoća ionosferskog sloja dovoljna da reflektira ovaj val u skladu s (3-44). Iz ovog uvjeta odabire se maksimalna primjenjiva frekvencija (MUF), što je gornja granica radnog raspona.

Drugi uvjet ograničava radni raspon odozdo: što je niža radna frekvencija (unutar kratkovalnog raspona), to je jača apsorpcija vala u ionosferi (vidi sliku 5). Najniža korisna frekvencija (LPF) određuje se iz uvjeta da, za danu snagu odašiljača, jakost elektromagnetskog polja mora biti dovoljna za prijem.

Gustoća elektrona ionosfere varira tijekom dana i tijekom godine. To znači da se mijenjaju i granice radnog raspona, što dovodi do potrebe za promjenom radne valne duljine tijekom dana:

Danju rade na valovima od 10-25 m, a noću na valovima od 35-100 m.

Potreba za odabirom prave valne duljine za komunikacijske sesije u različito vrijeme komplicira dizajn postaje i rad operatera.

Zona tišine KB naziva se prstenasto područje koje postoji na određenoj udaljenosti od odašiljačke stanice, unutar koje je nemoguće primati radio valove. Pojava zone tišine objašnjava se činjenicom da zemaljski val slabi i ne doseže ovo područje (točka 6 na sl. 3-39, a), a za ionosferske valove koji pod malim kutovima upadaju na ionosferu, refleksija uvjeti (3-44) nisu ispunjeni. Granice zone tišine (BC) šire se skraćivanjem valne duljine i smanjenjem gustoće elektrona.

Fading u VF pojasu je dublje nego u MW pojasu. Glavni uzrok blijeđenja je interferencija zraka koje se šire jednim i dva odraza od ionosfere (sl. 3-39, o). Osim toga, fading je uzrokovan raspršenjem radio valova na nehomogenostima ionosfere i interferencijom raspršenih valova (sl. 3-39.6), kao i interferencija običnih i izvanrednih komponenti magnetsko podijeljenog vala (Sl. 3-39, c). Obrada mjerenja u kratkim vremenskim intervalima (do 5 min) pokazala je da su funkcije raspodjele amplitude bliske Rayleighovoj razdiobi (3-54). Za velike vremenske intervale promatranja, raspodjela je bliža logaritamski normalnoj sa standardnim odstupanjem od 6±1,25 dB. U oba slučaja, razlika između razina jačine signalnog polja prekoračenih za 10% i 90% vremena iznosi 16±3,2 dB.

Brzina zatamnjenja (§ 3-6) je u rasponu od 6 - 16 fade u minuti. Na prugama duljine od 3000 km, brzina nestajanja je 2 do 6 puta manja nego na pruzi duljine 6000 km. Vremenski interval korelacije kreće se od ?0 = 4,5 - 1,5 s. Ljestvica prostorne korelacije ovisi o duljini radio veze, radnoj frekvenciji, prirodi nehomogenosti ionosfere i nalazi se unutar ro==210-560 m (10-25?). Za suzbijanje zatamnjenja koristi se prijem diverziteta antene. Preporuča se odabir smjera razdvajanja okomito na smjer staze, udaljenost razdvajanja uzima se reda korelacijske ljestvice od 10°. Signali primljeni na antenskom diverzitetu dodaju se nakon detekcije. Polarizacijski diverzitet je učinkovit - prijem na dvije antene koje imaju međusobno okomitu polarizaciju. Antene za prijem također se koriste sa
uski uzorak zračenja usmjeren na primanje samo jedne od zraka.

Pod povoljnim uvjetima razmnožavanja, životopisi mogu obići svijet jednom ili nekoliko puta. Tada se osim glavnog signala može primiti i drugi signal koji kasni oko 0,1 s i naziva se radio eho. Radio jeka ima uznemirujući učinak na meridionalne linije.

UDK 538.566.2: 621.372.8

Površinski elektromagnetski valovi na ravnim granicama električno vodljivih medija visoke vodljivosti, Zenneckov val

V. V. Ševčenko
Institut za radiotehniku ​​i elektroniku. V.A. Kotelnikov RAS

napomena. Razmatraju se svojstva teorijskog modela površinskih elektromagnetskih valova vođenih ravnim granicama visoko vodljivih medija: metala, vlažnog tla, morske vode i općenito slane vode. Izračunavaju se faza, "skupina" i energetske brzine takvih valova. Pokazano je da ti valovi pripadaju neobičnoj vrsti valova, kod kojih se "skupna" brzina razlikuje od energetske brzine, t.j. brzina prijenosa energije valova. I premda, ovisno o parametrima medija, fazne i "skupne" brzine takvih valova mogu biti veće od brzine svjetlosti s, njihova je energetska brzina uvijek manja od brzine svjetlosti. Takozvani Zenneckov val pripada razmatranoj vrsti valova.

Ključne riječi: površinski valovi; faze, grupe, energetske brzine valova; Zenneck val.

sažetak.Razmatraju se svojstva teorijskog modela površinskih elektromagnetskih valova, vođenih ravnim granicama visokovodljivih medija: metali, vlažna tla, more i slana voda općenito. Izračunavaju se fazne, “skupne” i brzine protoka energije ovih valova. Ovi valovi su povezani s neobičnom vrstom valova, čija se "skupna" brzina razlikuje od brzine protoka energije, odnosno brzine prijenosa energije valova. Iako ovisno o parametrima medija, fazne i “skupne” brzine ovih valova mogu biti veće od brzine svjetlosti c, njihova brzina protoka energije uvijek je manja od brzine svjetlosti c. Tako nazvan Zenneckov val povezan je s razmatranom vrstom valova.

ključne riječi: površinski valovi; faze, grupe, brzine protoka energije valova; Zenneckov val.

Uvod

Pitanje površinskih valova navedenih u naslovu članka, a posebno tzv. Zenneckovog vala s vremena na vrijeme, postavlja se iznova i iznova u znanstvenim raspravama na području primijenjene elektrodinamike, kako od strane teoretičara? i eksperimentatori. Budući da se takve rasprave odražavaju u mnogim publikacijama (vidi npr. c i lit. reference u njima), ovdje se ne zadržavamo na pojedinostima objavljenih izjava i dvojbi. Napominjemo samo da se obično raspravlja o sljedećim pitanjima. Je li Zenneckov val uopće moguć s fizičke točke gledišta: proturječi li fizikalnim zakonima, i ako je moguće, može li se pobuđivati ​​fizički ostvarivim izvorima i može li se koristiti za prijenos signala u komunikacijskim sustavima i u radaru.

Teorijska analiza prikazana u nastavku daje, prema autorovom mišljenju, sasvim definitivan odgovor barem na prva dva od navedenih pitanja, tj. ne proturječi i može biti uzbuđen. Preostalo pitanje odnosi se na područje tehnologije za implementaciju i primjenu takvih površinskih valova.

1. Osnovna svojstva površinskog vala na ravnoj granici visoko vodljivog medija

Neka ovisnost stacionarnog elektromagnetskog polja o vremenu ima oblik , gdje je kružna frekvencija polja. Razmotrimo radi jednostavnosti, kao što se obično radi [ , ], dvodimenzionalni model (rezultati se lako prenose u trodimenzionalni model) elektromagnetskog površinskog vala na ravnoj granici (slika 1) između slobodnog prostora s parametrima , i električno vodljivi nemagnetski () medij s efektivnom permitivnošću , gdje je kompleksna relativna propusnost bez dimenzija

. (1)

Riža. 1. Ravna granica električno vodljivog medija

, . (2)

Na primjer, za mokro tlo, more i samo slanu vodu () u rasponu radio valova, a za metale () u području radio valova, mikrovalne pećnice, EHF i do infracrvenog raspona optičkih frekvencija

, (3)

Gdje je specifična vodljivost medija.

Složene magnetske i električne komponente polja površinskog vala odgovarajuće polarizacije koji se širi duž ravne granice medija u smjeru osi z(slika 2), predstavljaju u obliku

, (4)

, (5)

(6)

gdje ALI je konstanta amplitude, , sa - brzina svjetlosti i je valna duljina u slobodnom prostoru, ,

, (7)

Riža. 2. Lokalizacija valnog polja blizu granice medija

Početna jednadžba disperzije dobivena usklađivanjem polja na granici medija na y=0 prema jednakostima

. (10)

Približna jednadžba i njezino rješenje za izgledati kao

, (11)

,, (12)

dok je rafinirana jednadžba i njezino rješenje za , i.e. prema (12) –

, . (13)

Na temelju ovih relacija i izraza (), (), izračunavaju se vrijednosti

, (14)

. (15)

Dakle, val je doista površinski val, budući da , , i širi se duž granice y=0 u smjeru osi z.

Valja napomenuti da se rezultat (15) može dobiti i iz relacije

, (16)

(17)

što nam omogućuje analizu strukture valnog polja koje odgovara izrazima (), ().

Doista, vrijednost koja opisuje pritisak valnog polja na granicu medija, prema (16), povećava vrijednost , što usporava brzinu fronte valne faze, a vrijednost koja opisuje nagib fronte valne faze prema granica medija (slika 3, fizički razlog nagiba je taj što medij djelomično apsorbira energiju vala) smanjuje vrijednost , tj. ubrzava kretanje fronte valne faze duž granice.

sl.3. Nagib fronte vala prema granici medija

Istovremeno, s vrijednostima ovih veličina koje odgovaraju izrazima (), kompenziraju se pojmovi u () koji su najznačajniji u smislu male vrijednosti, tako da

, (18)

i kao rezultat, samo članovi proporcionalni kvadratu ove male količine ostaju u realnom dijelu u (). Nagib smjera širenja fazne fronte vala do granice medija koja je gore navedena (slika 3), prema rečenom, je mali kut

. (19)

Izrazi (),(),() omogućuju nam da procijenimo opseg polja površinskog vala u poprečnom (L y) i uzdužni ( Lz)približno jednaki pravci

(20)

Ovdje se ne uzima u obzir mali poprečni opseg valnog polja unutar medija, jednak prema ()

. (21)

(32)

Ovdje treba napomenuti da su prijelazi faznih i grupnih valnih brzina kroz brzinu c nastaju u različitim okolišnim uvjetima. S obzirom na približnu prirodu unesenih brzina, nema razloga da se dobivenim specifičnim vrijednostima prolaznih parametara medija pridaje bilo kakvo fizičko značenje.

4. Brzina energije

Brzina energije, t.j. brzina prijenosa energije [ , , ] valom može se izračunati korištenjem sljedeće formule, ovdje rafinirane:

, (33)

gdje je, u prosjeku tijekom vremena, uzdužni (duž z osi) tok snage koju nosi val i linearna gustoća energije po jedinici duljine duž strukture vodilice koja se kreće s valom, t.j. ravna granica (također duž z-osi). Takva kinematički određena brzina energije temelji se na Umov-Poyntingovom teoremu. Primjenjivo je i na valove koji se šire bez gubitaka energije i na valove s gubicima. Ova definicija ne uključuje energiju koja je disipirajuća i koju medij apsorbira, a koja se ne širi zajedno s valom. U tom slučaju se provodi ravnoteža energije pomaknute valom duž granice medija.

Za razmatrani val imamo

, (34)

gdje i su djelomični tokovi snage iznad i ispod ravnine y=0, koji su prema (), () jednaki

(35)

i shodno tome , gdje m imamo

(36)

(37)

. (43)

Na temelju ovog izraza i formule (), dobivamo za ovdje razmatrane površinske valove

, (44)

gdje - faza, a za male vrijednosti to je energetska brzina sporog površinskog vala u smjeru fronte faze. Kao rezultat, na temelju () dobivamo

. (45)

U biti, u provedenom proračunu korišteno je svojstvo valova s ​​ravnim faznim frontom, primjenjivo na ravne i njima bliske valove, a koje se sastoji u tome da nagib smjera gibanja fazne fronte u odnosu na smjer širenja vala povećava faznu brzinu (), (), () i smanjuje energetsku brzinu (45) vala.

Kao rezultat, imamo da je energetska brzina površinskog vala uvijek manja od s, uključujući slučaj koji odgovara Zenneckovom valu, za koji se pokazuje da su faze i grupne brzine veće od s.

5. Rasprava o rezultatima

Razgovarajmo o kritički poznatim verzijama, na temelju kojih se, čini se, može tvrditi da gornji teorijski model površinskih valova ne opisuje fizičke površinske valove usmjerene granicom električno vodljivog medija visoke vodljivosti u slučaj kada se pokaže da su fazne i/ili grupne brzine veće od brzine svjetlosti. s.

Kao što slijedi iz drugog, neasimptotičkog, načina predstavljanja ukupnog izvornog polja u obliku spektralne ekspanzije u terminima vlastitih valova (u terminima poprečnih valnih brojeva s diskretno-kontinuiranim spektrom) otvorene vodeće strukture, ovdje su granice medija [ , , ], takva ekspanzija u svom izvornom obliku sadrži, osim integrala odabranog površinskog vala, bez obzira je li spor ili brz. Ovo proširenje može se dobiti i izravno na temelju teorije singularnog (u beskonačnom intervalu) poprečnog graničnog problema za vlastite vrijednosti i vlastite funkcije [ , ], te transformacijom gornje integralne Fourierove ekspanzije u longitudinalnim valnim brojevima u ekspanzija u poprečnim valnim brojevima. U drugom slučaju, kada se kontura integracije deformira u kompleksnoj ravnini valnih brojeva, ova kontura jednako briše polove integranda koji odgovaraju i sporim i brzim površinskim valovima [ , , ]. Dakle, površinski val, i spor i brz, sadržan je u ukupnom polju koje pobuđuje izvor, ali se raspada i nestaje u asimptotičkom obliku, gdje ostaje samo polje svemirskog vala.

Zaključak

Razmatrani valovi posebna su vrsta površinskih valova, čiji površinski karakter, t.j. eksponencijalno opadanje polja od granice razmatranog visoko vodljivog medija u poprečnom smjeru se ovdje ne događa zbog sporosti njegove fazne brzine u odnosu na brzinu ravnih valova preko granice medija, što se pokazalo kao ovdje opciono, ali zbog djelomične apsorpcije energije u njemu tijekom širenja vala. Prikazani rezultati pokazuju da razmatrani model takvih površinskih valova nije u suprotnosti s fizikalnim zakonima. Stoga nema razloga sumnjati da opisuje fizičke valove i kada je njihova fazna brzina manja od c, a kada - više, a općeprihvaćena "grupna" brzina za njih, očito, nema jasno fizičko značenje.

U isto vrijeme, međutim, takvi valovi imaju značajne nedostatke s gledišta njihove uporabe u tehničkim primjenama. Prvo, slabo su pritisnuti na granicu medija; njihovo se polje proteže dovoljno daleko poprečno preko granice da im može biti potreban izvor s prevelikim okomitim otvorom da bi ih učinkovito pobuđivali. Drugo, njihova se fazna brzina samo malo razlikuje od brzine svjetlosti. s, dakle, bilo koja, čak i mala, nepravilnost u ravnini granice medija može dovesti do raspršenja valnog polja i značajnog povećanja gubitaka energije tijekom širenja duž granice. Konkretno, to se može dogoditi kada granica odstupi od ravnine, t.j. u prisutnosti zakrivljenosti njegove površine. Analiza razmatranih površinskih valova na nepravilnoj granici zahtijeva posebnu studiju [ , ].

S druge strane, kada se pokušavaju koristiti površinski valovi, na primjer, na granicama metala u tehničkim primjenama, potrebno je uzeti u obzir da su površine pravih metala obično prekrivene oksidnim filmovima debljine reda veličine frakcije mikrona, mikrona ili nekoliko mikrona (prirodni filmovi) i reda desetina mikrona (umjetno stvorene folije za mehaničku zaštitu metalnih površina). U ovom slučaju potrebno je koristiti rezultate nešto drugačijeg teoretskog modela sustava za vođenje: slojevita struktura kao što je metalna podloga - dielektrični film (nužno uzimajući u obzir gubitke energije u njima) - slobodni prostor. Prisutnost filma može značajno utjecati na pritiskanje površinskog vala u smjeru njegovog porasta i, posljedično, na mogućnost pojednostavljenja pobuđivanja vala i njegove veće stabilnosti u odnosu na strukturne nepravilnosti.

Kao nastavak članka napominjemo da je u rujnu 2012. ovaj članak dostavljen časopisu UFN, u kojem je već ranije objavljen niz članaka posvećenih Zenneckovom valu, te se, u biti, pokrenula rasprava na ovu temu. Međutim, članak nije prihvaćen za objavljivanje zbog činjenice da je uredništvo UFN-a odlučilo "ne prihvatiti nove radove o Zenneckovim valovima na razmatranje". Kao rezultat toga, spomenuta objava u UFN-u članaka na ovu temu zapravo je završila objavljivanjem pogrešnog članka.

Književnost

1.Barlow H. M., Wait J. R. // Electron. slova. 1967.V.3. broj 9.S.396.

2. Shevchenko V. V. // Radiotehnika i elektronika. 1969.V.14. broj 10.S.1768.

3., .: Golem Press, 1971.).

17. Mandelstam L. I. Predavanja iz optike, teorije relativnosti i kvantne mehanike. M.: Nauka, 1972. S. 420,431.

18. A. S. Zilbergleit i Yu. I. Kopilevich, Zh. 1979. Vol. 5. Broj 8. S. 454.

19. Brekhovskikh L. M. Valovi u slojevitim medijima. M.: Ed. Akademija znanosti SSSR-a, 1957.

20. Barlow H. M., Brown J. Radio Surface waves. Oxf.: Clarendon Press, 1962.

21. V. V. Ševčenko // Diferencijalne jednadžbe 1979. Vol. 15. broj 11. S .2004 (Ševčenko V.V.//Diferencijalne jednadžbe.1980.V.15. br. 11.P.1431).

22. V. V. Ševčenko, Izv. Sveučilišta - Radiofizika. 1971.V.14. broj 5.S.768.

Površinski elektromagnetski valovi

Površinski valovi su valovi koji se šire duž sučelja između dva medija i prodiru u te medije na udaljenosti manjoj od valne duljine. Kod površinskih valova sva energija je koncentrirana u uskom susjedstvu međupovršine, a stanje površine značajno utječe na njihovo širenje. Zato su površinski valovi izvor informacija o stanju površine. Štoviše, interakcija tjelesnih i površinskih valova može dovesti do različitih površinskih učinaka, kao što je stvaranje harmonika, rotacija ravnine polarizacije nakon refleksije i tako dalje. Svojstva površinskih valova za idealne površine teoretski su proučavana dosta davno, još početkom dvadesetog stoljeća. No, naučili su eksperimentalno dobivati ​​čiste površine tek krajem dvadesetog stoljeća.

Godine 1901. Sommerfeld je pronašao posebna rješenja za Maxwellove jednadžbe – eksponencijalno prigušene valove koji se šire duž sučelja između dva medija. Tada se nije obraćala pozornost na njegov rad, vjerovalo se da se radi o potpuno egzotičnim predmetima. Godine 1902. Wood je, proučavajući svojstva metalnih difrakcijskih rešetki, otkrio na određenim frekvencijama da širenje svjetlosti odstupa od zakona difrakcije. Ta su odstupanja nazvana Woodove anomalije. Godine 1941. Fano je objasnio ove anomalije – energija ide u površinske valove. Godine 1969. Otto je predložio shemu za pobuđivanje površinskih valova u metalnom filmu pomoću prizme. Godine 1971. Kretschmann je predložio drugačiju geometriju za istu. Godine 1988. njemački znanstvenici Knoll i Rothenhäusler predložili su i implementirali shemu mikroskopa temeljenu na površinskim valovima.

Malo teorije. Maxwellove jednadžbe u mediju

Jednadžbe materijala

Obično tražimo rješenje u obliku širenja ravnih harmonijskih valova.

Zamjenom ove vrste rješenja u materijalne jednadžbe dobivamo da  i  ovise o frekvenciji – vremenskoj disperziji, a valni vektor – prostornoj disperziji. Odnos između frekvencije i valnog vektora kroz  i  naziva se disperzijskim odnosom.

U ovom ćemo izvješću pretpostaviti da  ne ovisi o frekvenciji i = 1. U području optičkih frekvencija ovaj uvjet je prilično dobro zadovoljen. Budući da  ovisi o frekvenciji, može poprimiti različite vrijednosti, uključujući i negativne.

Razmotrimo problem upada ravnog monokromatskog vala iz medija s  1 na idealnu površinu neke tvari  2 .

P
U ovom slučaju su zadovoljeni sljedeći granični uvjeti:

I
Iz ovih rubnih uvjeta pri zamjeni uobičajenog oblika rješenja dobivaju se poznate Fresnelove formule, Snellov zakon itd. Međutim, takva rješenja ne postoje uvijek. Razmotrimo slučaj kada je permitivnost medija negativna. Ovaj slučaj se ostvaruje u određenom frekvencijskom području u metalima. Tada rješenja u obliku valova koji se šire ne postoje. Tražit ćemo rješenja u obliku površinskih valova.

Zamjenom takvog prikaza u jednadžbe i granične uvjete *, nalazimo da postoje valovi tipa TM (transverzalno-magnetski). To su djelomično longitudinalni valovi, vektor električnog polja može imati uzdužnu komponentu.

D
Za ove valove disperzijski odnosi se također mogu dobiti iz rubnih uvjeta.

gdje
- valni vektor u vakuumu. Ovisnost o frekvenciji također je implicitno prisutna u funkcijama  1 () i  2 ().

Dakle, što je negativna permitivnost u metalima? Glavna optička svojstva metala određena su svojstvima elektrona. Elektroni u metalima su slobodni, mogu se kretati pod utjecajem električnog polja. Štoviše, kreću se na takav način da je polje koje stvaraju suprotno u smjeru od vanjskog električnog polja. Odatle dolazi negativni predznak. Stoga elektroni u metalu djelomično štite vanjsko polje i ono prodire u metal na dubinu mnogo manju od valne duljine. Međutim, ako je frekvencija vanjskog polja toliko visoka da elektroni nemaju vremena reagirati, tada metal postaje proziran. Karakteristična frekvencija na kojoj se to događa naziva se plazma frekvencija .

Ovdje je jednostavna formula - formula Drude, koja pokazuje ovisnost dielektrične konstante metala o frekvenciji.

gdje je  p frekvencija plazme,  frekvencija sudara.

Također je na prstima moguće objasniti zašto je polarizacija površinskih valova upravo TM, gdje je električno polje paralelno s površinom. Elektroni ne mogu jednostavno napustiti metal; za to se mora obaviti rad (radna funkcija). Stoga, ako je električno polje okomito na površinu, neće dovesti do pobuđivanja površinskih valova – elektroni će izgubiti energiju na potencijalnoj barijeri – površini. Štoviše, polje je promjenjivo i ono ili daje energiju elektronima ili je oduzima, tako da elektron ne napušta površinu. Ako je polje paralelno s površinom, onda ono pobuđuje oscilacije elektrona u istom smjeru, gdje nema potencijalne barijere.

I na primjer, krivulja disperzije za površinske valove u metalu. Na slici, ovo je plava krivulja. Crvena linija je disperzijska krivulja za vakuum.

Glavni uvjet za pobudu bilo kojeg valova je uvjet podudarnosti faza. Fazno podudaranje je jednakost faznih brzina upadnog vala i površinskog vala. Iz krivulja disperzije se može vidjeti da je nemoguće pobuditi površinske valove u metalnoj ploči valom koji upada iz vakuuma. Postoje dva načina pobuđivanja površinskih valova - a) frustrirana ukupna unutarnja refleksija i b) stvaranje rezonantnih struktura na površini.

A) Frustrirana ukupna unutarnja refleksija također je poznata kao efekt optičkog tunela. Na granici dielektrika, pri upadnom kutu većem od kuta ukupne unutarnje refleksije, nastaju površinski valovi koji se zatim pretvaraju u volumno reflektirane valove. Ali kada se na sučelju s metalom ispune uvjeti slaganja faza, ti se valovi mogu transformirati u površinske valove metalne ploče. Ovaj fenomen je osnova pobuđivanja površinskih valova prizme.

B
) Pod rezonantnim strukturama ovdje podrazumijevamo periodične strukture s periodom reda valne duljine površinskih valova. U takvim periodičnim strukturama, uvjet podudarnosti faza se mijenja - , gdje je recipročni vektor rešetke. Pobuđivanje površinskih valova dovodi do Woodovih anomalija – promjene intenziteta svjetlosti difrakcije difrakcijskom rešetkom, što se razlikuje od standardnog zakona difrakcije.

P površinski plazmoni se pobuđuju pod određenim kutovima upada svjetlosti, a intenzitet svjetlosti reflektirane od granice jako ovisi o kutu upada. Ovo je takozvana plazmonska rezonancija. Kada se mijenjaju svojstva površine, mijenja se upadni kut pri kojem se ta rezonancija opaža, stoga se podešavanjem na određeni kut upada može promatrati promjena intenziteta svjetlosti. Na tom se učinku temelji djelovanje mikroskopa na površinske plazmone.

1 - laser

2 - polarizator

3 - koordinatna tablica

4 - prizma s metalnom folijom

5 - teleskop

6 - fotodetektor

Laser je fokusiran na površinu srebrnog filma, na kojoj se nalazi predmet promatranja. Korištenjem koordinatne tablice odabire se upadni kut tako da odgovara plazmonskoj rezonanciji za čisti metal. Kako se mijenjaju svojstva filma, mijenja se i intenzitet svjetla na fotodetektoru, a ta se promjena može koristiti za procjenu promjene debljine filma.

-
detekcija promjene diela propusnost pri fiksnoj debljini filma

Detekcija promjene debljine kod fiksnog diela. propusnost

Odnos nesigurnosti ovdje, međutim, nije narušen: s druge strane, duž druge koordinate, u ravnini filma, rezolucija je prilično niska - laser je fokusiran u točku veličine oko 2 μm.

I
Druga primjena površinskih valova su izgledi za primjenu u optičkoj litografiji visoke razlučivosti.

Fotorezist na koji se prenosi slika originala. Veličina slike reda veličine 10 nm

Perforirana metalna folija. Učinkovito pobuđivanje površinskih valova koji nose informacije o strukturi izvornika

Izvornik je slika visoke razlučivosti proizvedena litografijom elektroničkim snopom.

svjetlo

Litografija elektronskim snopom ima visoku rezoluciju, ali zahtijeva sekvencijalnu primjenu slike (red po red, kao na TV-u), što je vrlo dugo za industrijsku primjenu. Ako se takva prilika za izradu kopija implementira u industrijskoj mjeri, to će značajno smanjiti troškove proizvodnje integriranih mikrostruktura.

Bibliografija:

1. S.I. Valjanski. Mikroskop na površinskim plazmonima, Soros Educational Journal, broj 8, 1999

2. M.N. Libenson Površinski elektromagnetski valovi optičkog raspona, Soros Educational Journal, broj 10, 1996

3. Rothenhäusler B., Knoll W. Površinsko-plazmonska mikroskopija, Priroda. 1988. broj 6165. str. 615-617 (prikaz, stručni).

4. Rođen, Vuk" Osnove optike“, poglavlje “Optika metala”

5. F. J. Garcia-Vidal, L. Martin-Moreno Prijenos i fokusiranje svjetlosti u jednodimenzionalnim periodično nanostrukturiranim metalima, Phys. Rev. B 66, 155412 (2002.)

6. N.A. Gippius, S. G. Tikhodeev, A. Krist, J. Kuhl, H. Giessen . Plazmonski valovodni polaritoni u metalno-dielektričnim fotonskim-kristalnim slojevima, Fizika čvrstog stanja, 2005, svezak 47, br. jedan