На допомогу вивчаючому електроніку. Розповсюдження радіохвиль Історія дослідження довгих і коротких хвиль

Спеціальність ВАК РФ01.04.03
Кількість сторінок 155

Частина I. ПОВІЛЬНІ ПОВЕРХНІ МАГНІТО-ПЛАЗМНІ ХВИЛІ У НАПІВПРОВІДНИКАХ

Глава I. Теоретичні основи існування поверхневих електромагнітних хвиль

1.1. Структура електромагнітного поля поблизу поверхні намагнітченого напівпровідника

1.2. Теорія повільної поверхневої хвилі

Розділ II. Експериментальний метод

2.1. Вимоги до експериментального методу

2.2. Загальні засади методики

2.3. Експериментальне встановлення

2.4. Про техніку вимірювань

2.5. Параметри зразків

Розділ III. Режим хвилі, що біжить

3.1. Ідея експерименту

3.2. Дослідження форми хвильового фронту

3.3. Інтерференція повільних хвиль

3.4. Основні властивості хвилі

3.5. Відображення хвилі від ребра хвилезнавчої площини

3.6. Ефективність збудження поверхневої хвилі

3.7. Зв'язок хвилі з поверхнею

Розділ IV. Хвильоводне поширення ПМВ

4.1. Вирішальний експеримент

4.2. Формування хвилеводної моди

4.3. Область існування хвилі

4.4. Згасання повільних поверхневих хвиль

4.5. Вплив температури на поширення хвилі

Глава V. Режим стоячої хвилі

5.1. Схема руху хвилі

5.2. Плоский резонатор Фабрі-Перо

5.3. Дисперсія поверхневої хвилі

5.4. Структура поля хвилі

5.5. Поляризація поверхневої хвилі

5.6. Геліконові пучки

Розділ VI. Прилади на основі повільних ПМВ

Частина ІІ. ПОВЕРХНЕВІ ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ХВИЛІ НА СОЛОНОЮ ВОДИ

Глава I. Аналітичний огляд

1.1. Історія досліджень

1.2. Аналіз негативних результатів досліджень

1.3. Критика концепції Л.І. Манделинтама

1.4. Сучасний погляд на ПЕВ Ценнека 1.5 Властивості хвилі Ценнека

Розділ II. Експериментальний пошук хвилі

2.1. Експериментальний метод

2.2. Спостереження хвилі Ценнека-Зоммерфельда

2.3. Стоячи ПЕВ на плоскій поверхні води

2.4. Досліди з хвилями, що біжать

2.5. Радіальна розбіжність поверхневої хвилі

2.6. Вертикальна структура поля

2.7. Випромінювач ПЕВ Ценнека

Розділ III. Застосування ПЕВ Ценнека

3.1. Лабораторні досліди з локації

3.2. Про порушення ПЕВ на океанській поверхні

3.3. Натурний експеримент Хансена

3.4. Про методику натурного експерименту

3.5. Морський радіозв'язок

3.6. Радіолокатор ПЕВ

Висновки до частини ІІ. Чому хвиля Ценнека не спостерігалася у природних умовах?

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ

Введення дисертації (частина автореферату) на тему «Нові типи поверхневих електромагнітних хвиль у провідних середовищах»

У 1873 р. Джеймс Клерк Максвелл сформулював рівняння, що мають його ім'я, і передбачив існування електромагнітних хвиль, що поширюються зі швидкістю світла. У класичних експериментах Генріха Герца спостерігалися електромагнітні хвилі у вільному просторі. Результати цих дослідів швидко завоювали світову популярність та визнання. Непросто, справді драматично, складалася історія досліджень поверхневих електромагнітних хвиль, що виникають межі розділу двох середовищ із різними діелектричними властивостями .

Поняття "поверхневі електромагнітні хвилі" (ПЕВ) ввів у науку Арнольд Зоммерфельд, коли в 1899 р. розглянув завдання про осьовий струм у довгому прямому дроті і отримав рішення рівнянь Максвелла, амплітуда яких швидко спадає при віддаленні поверхні проводу. Ці рішення були інтерпретовані як ПЕВ, можливо, за аналогією з поверхневими акустичними хвилями Релея. На досвіді поверхневі електромагнітні хвилі першим спостерігав, мабуть, Р.Вуд в 1902 при розсіянні електронів у тонкій металевій фользі. Явлення на той час не було зрозуміло і залишалося відомим як "аномалії Вуда" аж до 60-х років. Після А.Зоммерфельдом німецькі теоретики Кон і Уллер встановили, що пласка поверхня розділу діелектрика і хорошого провідника надає напрямний вплив поширення об'ємної хвилі і що ПЕВ можлива на пласкій межі розділу середовищ із малими втратами.

У 1901 відбулася історична подія: Гульельмо Марконі здійснив радіопередачу через Атлантичний океан на частоті 30 кГц-. Це дивовижне відкриття навело на міркування щодо механізму поширення радіохвиль. Про існування іоносфери Землі на той час ще й не підозрювали, тому можливість далекого радіозв'язку за рахунок відбиття радіопроменя від іоносфери не обговорювалося. Натомість було висловлено припущення, що у його дослідах порушувався новий тип радіохвилі-поверхнева хвиля (ПВ).

Можливо з цієї причини з'ясуванням питання зайнявся в 1907 р. аспірант Зоммерфельда Яцек Ценнек. Він вказав на зв'язок досліджень Кона та Уллера з питанням про поширення радіохвиль над земною поверхнею. У розвиток їх результатів Я.Ценнек показав, що в середовищі не тільки з малими, але й з великими втратами рівняння Максвелла з відповідними граничними умовами допускають рішення, яке може бути назване поверхневою хвилею, що спрямовується плоскою поверхнею розділу двох середовищ:

П-вектор Герца) 6, тобто. є сукупність двох плоских хвиль, одна з яких локалізована в повітрі, інша в середовищі. Якщо середовище має кінцеву провідність, то а і Р комплексні. Дисперсійне співвідношення для ПВ, що поширюються по межі розділу середовищ з діелектричними проникностями 8 і е0 має вигляд до,

2 &0 Про де і - хвильовий вектор і частота хвилі; до -?

З - швидкість світла у вакуумі. Хвиля "прив'язана" до поверхні, її фазова швидкість дещо перевищує швидкість світла в діелектриці і залежить від властивостей поверхні, що підстилає. Ценнек вважав, що поле реального випромінювача на великій відстані від нього матиме вигляд знайденої ним хвилі. Проте з його роботи випливає лише сумісність рішень зазначеного вище виду з рівняннями електродинаміки, можливість існування ПВ, але поле не пов'язане з антеною, тобто. не розкрито основний момент проблеми випромінювання.

Перша строга теорія поширення електромагнітних хвиль, що випромінюється диполем, що знаходиться на плоскій поверхні розділу двох однорідних середовищ (землі та повітря) була дана А.Зоммерфельдом у класичній роботі 1909 року. Істотний крок вперед, зроблений ним, полягав у тому, що він не вважав землю ідеальним провідником, а атмосферу абсолютним ізолятором, і приписував кожній половині деяку кінцеву діелектричну проникність і провідність.

Зоммерфельд показав, що випромінюване диполем електромагнітне поле можна подати у вигляді суми поверхневої та об'ємної хвилі. Він вважав, що великі відстані переважає ПВ і в такий спосіб їм встановлено зв'язок поверхневої хвилі з джерелом випромінювання. Іншими словами, він вважав доведеним, що на далеких відстанях поле від точкового джерела є ПВ Ценнека. Концепція ПВ Цен-нека, підкріплена авторитетом Зоммерфельда, тривалий час була загальноприйнятою. Її застосовували до тлумачення багатьох аномальних явищ, що спостерігаються під час поширення радіохвиль, наприклад, до т.зв. "берегової рефракції", коли хвиля, що біжить над морем, відбивається від берега.

Проте, починаючи з 1919 року, у теоретичних роботах Вейля, Ван-дер-Поля, В.А.Фока та інших. цей висновок було оскаржено і визнано помилковим. Сам А.Зоммерфельд, визнаючи неточності у обчисленнях, концепцію поверхневої хвилі помилковою не вважав. Суперечка теоретиків міг вирішити лише експеримент. Такий експеримент першим поставив Фельдман у 1933 р., який вивчав поширення радіохвиль поблизу поверхні Землі (земний промінь) і не виявив ПВ. Потім Барроу в 1937 р. зробив спробу виявити поверхневу хвилю Ценнека при збудженні радіохвиль над поверхнею озера Сен-нека в штаті Нью-Йорк і також зазнав невдачі. Серія великомасштабних експериментів було проведено нашій країні під керівництвом академіків Л.И.Мандельштамма і Н.Д.Папалекси. Протягом ряду років, з 1934 по 1941 рік, вивчалося поле випромінювання звичайних радіоантен, досліджувалося поширення радіохвиль вздовж земної поверхні (над сушею і морем) але за жодних умов не спостерігалася поверхнева електромагнітна хвиля Ценнека. З того часу у вітчизняній радіофізиці міцно утвердилася думка про те, що збудити цю хвилю реальними випромінювачами неможливо, і що сама концепція поверхневої хвилі Ценнека не відповідає фізичній реальності.

Склалася парадоксальна ситуація: з рівнянь Максвелла випливає існування поверхневої електромагнітної хвилі, але в досвіді вона немає. Тим самим було під сумнів була поставлена справедливість рівнянь електродинаміки. Прагнення дозволити феномен змусило автора поставити завдання проведення самостійних досліджень, у лабораторних умовах. Отриманий результат підтверджує правоту Зоммерфельда та Ценнека та усуває протиріччя.

В результаті описаних подій інтерес до поверхневих електромагнітних хвиль сильно впав, і в 40-50 роки вони практично не досліджувалися. Відродження інтересу до ПЕВ сталося у 60-ті роки у зв'язку з вивченням взаємодії випромінювання з речовиною, переважно, з твердим тілом та плазмою. Штерн і Феррел, мабуть, першими показали, що піки, що спостерігаються в області низьких енергій при непружному розсіюванні швидких електронів у металевій фользі (аномалії Вуда) можна пояснити збудженням поверхневих плазмонів на межі розділу металу з плівкою, що покриває його, оксиду. Експерименти Пауелла підтвердили прогнози теорії. Поверхневий плазмон описується верхньою частиною кривої дисперсійної ПЕВ, розташованої поблизу плазмової частоти. (крива 4 на рис.2)

В останні роки поверхневі електромагнітні хвилі досліджувалися теоретично та спостерігалися експериментально у різних лабораторіях світу. При цьому було зроблено два суттєві висновки. По-перше, було дано чітке визначення поверхневої хвилі: це хвиля, яка експоненційно згасає при видаленні убік від поверхні, якою вона поширюється. Розподіл поля хвилі є найкращим доказом її поверхневого характеру. По-друге, показано, що поверхневу хвилю можна вважати характеристичним видом коливань для даної поверхні. Порушення ПВ є самостійною проблемою і її не слід змішувати з умовами існування хвилі. Оскільки фазова швидкість ПЕВ трохи відрізняється від швидкості світла в повітрі, то збудити її за допомогою об'ємної хвилі можна лише при виконанні умови синхронізму-приблизної рівності фазових швидкостей, точніше, рівності компонент хвильових векторів у напрямку поширення. З цього випливає, що не всяким випромінювачем можна порушити поверхневу хвилю. За сучасними теоретичними уявленнями можливі два випадки (рис. 1 з роботи)

Області існування ПЕВ Фано та Ценнека

Ціннек 8 по

1) е-комплексна величина,0. Тоді поверхні розділу існують т. зв. хвилі Фано з фазовою швидкістю 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) г-комплексна величина, з >-8о, с >0, .На плоскій межі розділу виникає поверхнева хвиля Ценнека з фазовою швидкістю V > с (пряма 6 на рис.2). До наших робіт ця хвиля не спостерігалася. Кордон розділу (крива 1 на рис.1) між областями існування Фано і Ценнека визначається рівнянням

0 е0 де 8 = 8 "+ 18"

При переході від плоскої поверхні розділу до криволінійної з малим радіусом кривизни, меншим за довжину хвилі, хвиля Ценнека трансформується у хвилю Зоммерфельда. Остання описується іншим, більш складним дисперсійним рівнянням, що включає циліндричні функції Бесселя та Ханкеля. Групі дослідників вдалося в лабораторних умовах порушити хвилю ПЕВ Ценнека-Зоммерфельда в діапазоні НВЧ, довести її поверхневий характер і виміряти основні характеристики.

Новий етап у дослідженні ПЕВ у газовій та твердотільній плазмі пов'язаний з урахуванням впливу на довкілля зовнішнього магнітного поля. У магнітному полі провідне середовище стає гіротропним, з'являється нова характеристика-частота циклотронного обертання носіїв, що призводить до зміни властивостей відомих ПЕВ (рис.2). Поверхневий плазмон (крива 4 на рис.2), наприклад, трансформується в магнетоплаз-мон із трохи меншою (на кілька%) фазовою швидкістю. Вважалося, тим щонайменше, що потяг магнітного поля дуже істотно .

Автор експериментально встановив (разом із В.І.Байбаковим), що у постійному магнітному полі електродинамічні властивості поверхні провідного середовища змінюються кардинально. Це призводить до появи нового класу поверхневих електромагнітних хвиль (крива 1 на рис.2). Вони існують тільки на поверхні намагніченої плазми, мають унікальні властивості і поширюються з фазовими швидкостями набагато меншими за швидкість світла у вакуумі, за що і були названі нами повільними поверхневими магнітоплазмовими хвилями (МПМВ). Іноді в літературі їх називають поверхневими геліконами чи хвилями Байбакова-Дацко

Спектр поверхневих електромагнітних збуджень 1-повільні ПМВ; 2-світло в діелектриці; 3-ленгмюрів-ські хвилі-об'ємні плазми; 4-поверхневі плазмони в плазмі (поляри-тони в діелектриці, магно-ни в магнетиках); 5-хвиля Фано; 6-хвиля Ценнека;

Дисертація складається з двох частин Перша частина присвячена повільним поверхневим магнітоплазмовим хвиль у напівпровідниках, друга-поверхневим електромагнітним хвиль на солоній воді. Повільні ПМВ у твердому тілі були виявлені нами у 1971 р. У процесі їх

10 десятирічного вивчення було розроблено методику збудження, виділення зі змішаного поля, ідентифікації та вимірювання основних характеристик поверхневих електромагнітних хвиль у лабораторних умовах. Це дозволило в наступні роки на досвіді довести існування поверхневої електромагнітної хвилі Зоммерфельда-Ценнека.

Повільні ПМВ в 1п8Ь

Теорія повільних ПМВ у напівпровідниковій плазмі була побудована після їхнього експериментального виявлення. Існування та властивості повільних поверхневих магнітоплазмових хвиль випливають з рішень рівнянь Максвелла, записаних для обмеженого провідного середовища з відповідними граничними умовами та описуються дисперсійним рівнянням четвертого порядку. Теорія явища була побудована групою харківських теоретиків під керівництвом В.М.Яковенка. Основні її положення полягають у наступному.

У постійному магнітному полі електромагнітні властивості напівпровідника є анізотропними. Якщо вектор магнітного поля Н спрямований уздовж осі ОЪ, то діелектрична проникність середовища описується гіротропним тензором 0

XX ху 0 ху УУ

0 0 де недіагональні компоненти відповідають високочастотному хол-ловському струму.

У напівпровіднику в постійному магнітному полі існують дві об'ємні електромагнітні хвилі (звичайна-антигелікон і не-звичайна-гелікон, що відрізняються протилежним напрямком кругової поляризації) з різними характеристиками поширення. На частотах набагато менших частоти зіткнень носіїв V, і навіть плазмової Юр і циклотронної сос.(со « Шр, сос, V) за умови V « сос незвичайні хвилі мають невелике згасання, і напівпровідник виявляється їм прозорим середовищем із великим ефективним показником заломлення. Однак, жодна з цих хвиль не може бути поверхневою, оскільки не задовольняють на поверхні напівпровідника граничним умовам, що полягають у безперервності межі розділу середовищ компонент вектора напруженості магнітного поля хвилі. Ці умови виконуються для суперпозиції звичайної та незвичайної хвиль, що становлять на межі розділу поверхневі магнітоплазмові хвилі.

11 двох типів: швидкі (у ~ с), які без зовнішнього магнітного поля переходять у відомі поверхневі електромагнітні хвилі (поверхневі плазмони) і повільні (у «с) ПМВ, що не існують без магнітного поля.

Нехай напівпровідник займає напівпростір у<0 и граничит с вакуумом. Тогда, при условиях у « С0С; С22| » |8ху| » |£хх|:

8 XX £ 22 ху дисперсія та область існування повільних хвиль визначаються співвідношеннями

2 2 З СОЗ в [£уу (1 + БШ 2 в) + 218ух БШ в

Після спрощення (2) набуває вигляду со = к2Нпс 2 ті

Я0.< О где 3 = а затухание:

А з (ку ~ к *) еху з у Л, 2 уу

5) кут між магнітним полем Н 0 і двовимірним хвильовим вектором до площині розділу середовищ, Х2~компонента хвильового вектора в середовищі, со-частота, з-швидкість світла у вакуумі, п-концентрація основних носіїв заряду в напівпровіднику, е-заряд електрона .

Співвідношення (2а) показує, що повільні ПМВ мають квадратичний закон дисперсії, співвідношення (З)-що поширення хвилі вздовж магнітного поля неможливе, тобто. хвилі є косими і існують лише у двох вузьких секторах. Співвідношення (4) означає, що хвилі є невзаємними (односпрямованими) щодо напряму

12 постійного магнітного поля. Повільні поверхневі магнітоплазні хвилі можуть існувати в наступних середовищах:

1) в однокомпонентному напівпровіднику з відносно невисокою концентрацією носіїв, коли струм зміщення більше струму провідності;

2) у щільній (струм усунення малий) однокомпонентній плазмі твердого тіла з анізотропною масою носіїв; подібне спостерігається, наприклад, у багатодолинних напівпровідниках;

3) у щільній однокомпонентній плазмі із замагніченими електронами та незамагніченими дірками.

Схема області існування повільних ПМВ у конкретному напів-проводнику антимоніді індія - зображена на рис.3. X

Рис.3. Теоретична область існування повільних поверхневих хвиль в антимоніді індію (вид на поверхню напівпровідника зверху). е1 = 45 ° -60 °, е2 = 135 ° - 150 °. Фігурною стрілкою вказано напрямок магнітного поля

На досвіді повільні ПМВ виявлені нами та досліджені в антимоніді індія – напівпровіднику з високою рухливістю носіїв (до л

77000 см /В.сек при Т=ЗООК), в основному, при кімнатних температурах, в діапазоні частот 10 МГц - 2 ГГц і магнітних полях до 30 кЕ. Розроблений автором експериментальний метод дозволяв збуджувати та приймати повільні хвилі, вивчати їх властивості у різних режимах поширення:

Стоячої хвилі (плоский резонатор Фабрі-Перо);

Хвильоводне;

Бегуча плоска хвиля на вільній поверхні.

Саме в такій послідовності експеримент протікав у часі. Кожен з цих режимів давав можливість визначати ті характеристики хвилі, які не могли бути отримані іншими способами,

13 вірив та доповнював інші. Експериментальні докази існування нового класу поверхневих електромагнітних хвиль зводяться до наступних фактів.

Область існування.

На рис.8 представлена схема одного з дослідів, в якому спостерігалися хвилі, що біжать по вільній поверхні. Залежність потужності ВЧ-сигналу, що проходить поверхнею напівпровідника, від орієнтації магнітного поля наведено на рис.20. Видно, що на поверхні намагніченого напівпровідника є два виділені напрямки, в яких спостерігається найбільше проходження сигналу. Ці напрями збігаються з секторами теоретичної сфери існування повільних ПМВ.

Повільність хвилі.

Зареєстрований вид хвилі, що біжить поверхнею в даному виділеному напрямку, під певним кутом до магнітного поля (рис.18). Порівняння її довжини X з довжиною електромагнітної хвилі тієї частоти у вакуумі Х0 показує, що Ю3 Я тобто. X «Х0 і хвиля – повільна.

Дисперсія

Вимірами залежності довжини хвилі від частоти та напруженості магнітного поля встановлено, що її дисперсія є квадратичною і збігається з теоретичною, яка визначається співвідношенням (2); Дисперсійна крива наведена на рис.43. Дисперсія залежить від величини магнітного поля, тобто. хвиля є магнітоплазмовою.

Невзаємність

Численними експериментами встановлено, що повільні хвилі мають односпрямованість поширення, що підтверджують, зокрема, рис.17, 20. Односпрямованість поширення спостерігалася і в режимі їх хвилеводного поширення (рис.31). Хвильові моди формуються в тому випадку, коли поверхня напівпровідника обмежена паралельними ребрами, нормальними магнітному полю. У цьому випадку хвиля поширюється поперек поля.

Зв'язок із поверхнею

Напрями поширення хвилі однозначно визначаються як орієнтацією зовнішнього магнітного поля, а й орієнтацією нормалі до поверхні напівпровідника. Цей ефект "прив'язаності до поверхні" наочно проявляється при збудженні хвилі на площинах пластинки антимоніду індію, намагніченої паралельно її площині. Зареєстрована в досвіді схема напрямів поширення хвилі на площинах пластинки наведена на рис 28. Хвилі, що збуджуються на верхній і нижній площинах відповідно до орієнтації нормалей до цих площин, біжать на протилежні сторони назустріч один одному.

Поперечна структура поля хвилі

Розподіл поля зображено на рис.44 Видно, що поле поверхневої хвилі спадає в обидва боки від поверхні напівпровідника, проте його максимум знаходиться не на поверхні, а зміщений усередину середовища. Подібний розподіл амплітуди незвичайно для поверхневих хвиль та інших хвиль цього типу (швидкі поверхневі електромагнітні хвилі, гравітаційно-капілярні хвилі на поверхні рідини, поверхневі акустичні хвилі) не спостерігається. Зміщення максимуму поля хвилі під поверхню напівпровідника викликано особливостями поширення електромагнітних хвиль у гіротропному середовищі і пояснюється інтерференцією двох парціальних хвиль, що існують в об'ємі напівпровідника (звичайної та незвичайної) і мають різну швидкість спаду поля вглиб напівпровідника, а на його поверхні, що знаходяться в протифазі.

Згасання

Для власного антимоніду індію при кімнатній температурі і магнітному полі 18 кЕ згасання становить 2,7 дБ або 1,35 рази по амплітуді на довжину хвилі. У цих умовах довжина хвилі у напрямі магнітного поля дорівнює ~7 мм (у напрямі поширення Х-5 мм), тому згасання на одиницю довжини становить, приблизно 0,4 дБ/мм або вдвічі по амплітуді з відривом 10 мм. У повільної ПМВ згасання на довжину хвилі постійно не залежить від частоти.

Поляризація

Максимальне проходження сигналу поверхнею зразка (рис.46) спостерігається при постановці випромінювача, що збуджує ТЕ-хвилю (Н-компонента поля нормальна поверхні), що відповідає теорії ПМВ. Строго кажучи, хвиля поляризована еліптично.

Наукове та практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що спектр відомих поверхневих електромагнітних коливань оптичного діапазону частот (плазмони, поляритони, магнони) доповнений двома новими гілками: повільною поверхневою магніто-плазмовою хвилею та швидкою хвилею Зоммерфельда-Ценнека, виявленими в НВЧ діапазоні, що відкриває новий ВЧ-напрямок досліджень в електродинаміці поверхні.

На основі повільних ПМВ можуть бути створені нові методи дослідження поверхні провідних середовищ (металів, напівпровідників, плазми), способи визначення параметрів напівпровідників, діагностики твердотільної плазми, а також нові види датчиків магнітного поля, радіотехнічних пристроїв різного призначення, активних твердотільних приладів НВЧ та магнітоплазм. керованих елементів планарних оптичних систем обробки інформації

Значення досліджень виходить за межі фізики твердого тіла. Сприятливі умови поширення повільних магнитоплазменных хвиль є у іоносфері Землі . У разі їхнього експериментального виявлення можливе використання ПМВ для дослідження та активного впливу на іоносферу Землі, а також для створення додаткових каналів радіозв'язку.

Пріоритет

Будь-яке нове фізичне явище має бути обговорено та визнано науковою громадськістю, тому доречно навести відомості про пріоритет та визнання його в Росії та за кордоном.

Можливість існування повільних ПМВ була теоретично обґрунтована у статті С.І.Ханкіної та В.М.Яковенко "Про порушення поверхневих електромагнітних хвиль у напівпровідниках", що надійшла до редакції журналу "Фізика твердого тіла" 19 липня 1966 року. . Про експериментальне виявлення повільних хвиль В.І.Байбаков та В.М.Дацко повідомили у пріоритетній статті "Поверхневі хвилі в 1п8Ь", що надійшла до редакції журналу "Листи в ЖЕТФ" 17 січня 1972р.

Після опублікування нами основних робіт, з'явилися статті, які стосуються пріоритету та значення нового явища. Наприклад, у статті Флай-ва та Куїна зазначалося, що "Байбаков і Дацько представили експериментальні результати, що вказують на те, що в електронно-дірковій плазмі ГпБ при кімнатній температурі існує нова низькочастотна поверхнева хвиля"; А.Б.Давидов та В.А.Захаров вказують на пріоритет С.І.Ханкіної та В.М.Яковенко в теоретичному, В.І.Байбакова та В.М.Дацка в експериментальному дослідженні нового виду поверхневих хвиль. У статті Е.А.Канера та В.М.Яковенка в журналі "Успіхи фізичних наук" зазначено, що поверхнева геліконна хвиля

16 нова в роботі була нещодавно виявлена експериментально Байбаковим і Дацко в антимоніді "Індія".

У науковій літературі широко обговорювалося і питання достовірності виявленого явища; у дискусії достовірність було доведено. Незалежним експериментальним підтвердженням стала робота Г. Руй-біса і Р. Толутіса.

Поверхневі електромагнітні хвилі на солоній воді

Будь-яке реальне джерело електромагнітного поля, розташоване межі розділу двох середовищ, збуджує як поверхневі, і об'ємні хвилі, поділ їх виявляється складним експериментальним завданням. У наших дослідах ПЕВ спостерігалися в лабораторних умовах на поверхні води різної солоності (переважно 35%) в діапазоні частот 0.7-6.0 ГГц. Були застосовані розроблені раніше методи збудження та дослідження стоячої та поверхневих хвиль, що біжить.

У режимі стоячої хвилі хвиля Зоммерфельда-Ценнека (циліндрична модифікація плоскої ПВ Ценнека) вперше спостерігалася на стовпі солоної води, розміщеному між двома металевими листами, що є плоским резонатором Фабрі-Перо. Були виміряні дисперсія та поперечний розподіл поля, що однозначно свідчать про її поверхневий характер. Поверхнева електромагнітна хвиля вивчалася також на плоскій поверхні води в резонаторі двох плоских паралельних пластин, занурених у воду, в умовах її розмірного резонансу. При цьому було здійснено відділення ПВ від об'ємних полів та виміряна її амплітудна структура.

У режимі хвилі, що біжить, використовуючи випромінювач спеціальної конструкції, вдалося відірвати об'ємне випромінювання від поверхні і направити його вгору під великим кутом до горизонту, звільнивши тим самим ПВ від домішки об'ємного поля. У випромінюванні такого джерела, розташованого над поверхнею води, зафіксовано наявність хвилі, що розповсюджується вздовж поверхні, амплітуда якої зменшується з відстанню р до випромінювача як відповідає розбіжності ПВ, що збуджується аксіально-симетричним джерелом. Вимірювання вертикальної структури поля в цій хвилі показали, що поле експоненційно спадає в міру віддалення від поверхні, причому виміряні залежності висоти локалізації від частоти і солоності води опинилися в згоді з теоретичними розрахунками.

Проведено аналіз результатів єдиного відомого нам експерименту (Хансен, США, 1974 р.) щодо поширення електромагнітного поля декаметрового діапазону (5-30 МГц), що збуджуються спеціальними антенами, над океанською поверхнею на трасі довжиною 237 км. На відміну від Хансена, який знайшов незрозумілу аномалію в поширенні електромагнітного поля, нами зроблено висновок про те, що в його експерименті порушувалася суміш об'ємних і поверхневих хвиль, причому траса сама вибирала менш загасаючі хвилі. Ми показали, що на частотах менше деякої критичної частоти, яка залежить від солоності (15 МГц у разі Хансена), ПВ Ценнека загасає значно слабше, ніж земний промінь. Отже, на частоті вище 15 МГц поширення електромагнітного поля відбувалося земним променем, але в частоті менше 15 МГц-у вигляді ПВ Ценнека, що й пояснюється аномалія. Дані щодо відносного загасання ПВ, отримані з роботи Хансена, добре узгоджуються з результатами наших лабораторних вимірювань.

Спостереження та ідентифікація хвилі Ценнека у лабораторії є першим кроком у вивченні цього явища. Наступний крок полягає у дослідженні її у природних умовах. Нами розглянуто різні аспекти поширення ПВ над океанською поверхнею (кривизна Землі, вплив хвилювання) з точки зору можливості створення нових каналів далекого радіозв'язку та радіолокатора на поверхневій хвилі Ценнека.

Матеріал дисертації викладено у наступній послідовності.

Частина I. Повільні ПМВ у напівпровідниках

У розділі I розглянуто спектр нормальних електромагнітних хвиль на поверхні намагніченого напівпровідника та викладено теорію повільної поверхневої магнітоплазмової хвилі.

У розділі II описано методику експерименту, експериментальну установку, наведено параметри зразків.

У III розділі досліджено хвилі, що біжать по вільній поверхні, знайдено область їх існування, встановлено форму хвилі, невзаємність поширення та залежність довжини від кута між напрямом її поширення та орієнтацією магнітного поля, розділені поверхнева хвиля та підповерхневий гелікон.

IV розділ присвячена поверхневим хвиль в обмежених структурах (режим хвилеводного поширення). Встановлено область існування хвилі по магнітному полю, виміряно згасання та вплив температури на характеристики поширення, продемонстровано яскраво виражену невзаємність та односпрямованість поширення хвилі щодо магнітного поля.

У V розділі наводяться результати дослідження як стоячої хвилі в поверхневому резонаторі Фабри-Перо. Розглянуто схему руху хвилі, визначено її структуру, дисперсію та швидкість. Описано виявлений у процесі дослідження повільних ПМВ ефект незвичайної концентрації поля об'ємної хвилі-утворення геліконних пучків в об'ємі напівпровідника.

У VI розділі запропоновано 12 радіотехнічних пристроїв, які могли б бути створені на основі повільних поверхневих магнітоплазних хвиль.

Частина II Поверхневі електромагнітні хвилі на солоній воді

У розділі I дано аналіз робіт з поверхневих електромагнітних хвиль без магнітного поля: наведено принципово важливі моменти теорії А. Зоммерфельда; критично розглянуто теоретичну концепцію Л.І.Манделиптамма; викладено сучасний погляд на поверхневі електромагнітні хвилі; описано основні властивості хвилі Ценнека.

Подібні дисертаційні роботи за спеціальністю «Радіофізика», 01.04.03 шифр ВАК

Електромагнітні збудження у провідниках з анізотропною зонною структурою 1984 рік, кандидат фізико-математичних наук Савінський, Сергій Степанович
Закономірності утворення впорядкованих мікро- та наноструктур у конденсованих середовищах при лазерному збудженні мод поверхневих поляритонів 1999, доктор фізико-математичних наук Соловйов, Олег Вікторович

Висновок дисертації на тему «Радіофізика», Дацько, Володимир Миколайович

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ

1 Доведено, що в магнітному полі на поверхні розділу плазмоподібного середовища з діелектриком існують повільні (у)с поверхневі електромагнітні хвилі.

2 Спектр поверхневих електромагнітних коливань доповнений низькочастотною гілкою: повільні магнітоплазмові хвилі виявлені та досліджені в антимоніді індію при 200-400 К, у діапазоні ВЧ та НВЧ та в магнітних полях до 30 кЕ. Встановлено сферу існування; дисперсія; фазова швидкість та згасання, поперечна структура поля; поляризація.

3 Встановлено, що в намагніченому напівпровіднику об'ємний гелікон поблизу поверхні трансформується на псевдоповерхневу хвилю.

4 Розроблено експериментальний метод дослідження поверхневих повільних магнітоплазмових та швидких електромагнітних хвиль на поверхні провідних середовищ.

5 Виявлено явище "електромагнітного проколу": у платівці анти-моніда індію, поміщеній в мвгнітне поле, нормальне її площині, електромагнітне поле НВЧ при неоднорідному збудженні поширюється в об'ємі у вигляді хвилі з аномально сконцентрованим полем, що відрізняється від відомого гекона.

7 Запропоновано 12 пристроїв на основі повільних поверхневих магнітоплазмових хвиль, отримано два авторські свідоцтва.

Зверніть увагу, наведені вище наукові тексти розміщені для ознайомлення та отримані за допомогою розпізнавання оригінальних текстів дисертацій (OCR). У зв'язку з чим у них можуть бути помилки, пов'язані з недосконалістю алгоритмів розпізнавання. У PDF файлах дисертацій та авторефератів, які ми доставляємо, таких помилок немає.

Розмір: px

Починати показ зі сторінки:

Транскрипт

1 Сьомкін Сергій Вікторович, Смагін Віктор Павлович ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ЕФЕКТИ, ВИКЛИКАНІ МОРСЬКИМИ ПОВЕРХНЕВИМИ ХВИЛЯМИ Адреса статті: Стаття опублікована в авторській редакції та відображає точку зору автора(ів) з цього питання. Джерело Альманах сучасної науки та освіти Тамбов: Грамота, (59). C ISSN Адреса журналу: Зміст даного номера журналу: Видавництво "Грамота" Інформація про можливість публікації статей у журналі розміщена на Інтернет-сайті видавництва: Питання, пов'язані з публікаціями наукових матеріалів, редакція просить надсилати на адресу:

2 194 Видавництво «Грамота» Мал. 3. Заповнення компетенцій Для розробки інформаційної системи обліку об'єктів інтелектуальної системи. Була обрана мова програмування PHP, оскільки ця мова програмування дозволяє створювати динамічні webсторінки і пов'язувати їх з БД, реалізованою на MySQL. Цей підхід дозволяє розмістити систему в Інтернеті і звертатися до неї з будь-якої точки без додаткових програмних продуктів. Розроблена інформаційна система обліку об'єктів інтелектуальної власності сприяє: - скорочення часу, що витрачається на участь у виробленні та здійсненні єдиної патентної та ліцензійної політики організації; - перерозподілу навантаження співробітників організації; - підвищення оперативності обліку та контролю за реєстрацією ОІВ та своєчасної реєстрації звітів за ними. Інформаційна система обліку об'єктів інтелектуальної власності дає можливість зручного та надійного зберігання та управління даними відділу, можливість підготовки документів на подання заявки на офіційну реєстрацію програми для ЕОМ чи бази даних. Це дозволить суттєво підвищити якості послуг із захисту та охорони РІД, збільшить ефективність роботи з об'єктами інтелектуальної власності. Список литературы 1. Всеросійський науково-технічний інформаційний центр [Електронний ресурс]. URL: (дата звернення:). 2. Інтелектуальна власність: товарний знак, винахід, патентування, патентний повірений, патентне бюро, Роспатент [Електронний ресурс]. URL: (дата звернення:). 3. Сергєєв А. П. Право інтелектуальної власності в Російській Федерації: підручник. М., с. 4. Федеральний інститут промислової власності [Електронний ресурс]. URL: (дата звернення:). УДК Фізико-математичні науки Сергій Вікторович Сьомкін, Віктор Павлович Смагін Владивостоцький державний університет економіки та сервісу ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ЕФЕКТИ, ВИКЛИКАНІ МОРСЬКИМИ ПОВЕРХНІВНИМИ ХВИЛЯМИ 1. Введення Морська вода, як відомо, являє собою провод. Її електрична провідність, залежно від температури та солоності, може Сьомкін С. В., Смагін В. П., 2012

3 ISSN Альманах сучасної науки та освіти, 4 (59) змінюються на поверхні океану в межах 3-6 Сім/м. Макроскопічні рухи морської води в геомагнітному полі можуть супроводжуватися виникненням електричних струмів, які, своєю чергою, генерують додаткове магнітне поле. На це індуковане поле впливають низку різних чинників. По-перше - вид гідродинамічного джерела - морські поверхневі хвилі, внутрішні хвилі, течії та припливи, довгі хвилі типу цунамі і т.д. Індуковане електромагнітне поле може створюватися й іншими типами макроскопічного руху води – акустичними хвилями та штучними джерелами – підводними вибухами та корабельними хвилями. По-друге, на це поле може впливати електрична провідність донних порід та топографія морського дна. Можна також відзначити, що завдання, аналогічне обчисленню індукованого поля в морському середовищі, виникає і в сейсмології - рух літосфери в магнітному полі Землі призводить до виникнення індукованих струмів. Одним із напрямів дослідження просторово-часової структури індукованого поля є випадок, коли воно генерується двовимірною поверхневою хвилею. Розрахунок індукованого поверхневою хвилею електромагнітного поля можна проводити в різних наближеннях та для різних моделей морського середовища. Поле, індуковане морськими поверхневими хвилями в наближенні нескінченно глибокого океану, було розраховано на роботах, а роботі теоретично досліджено поля, індуковані вітровими хвилями в мілководних зонах з урахуванням кінцевої змінної глибини. Більш складна гідродинамічна модель морського хвилювання - вихрові хвилі з кінцевим гребенем розглядалися в . Тобто, можлива значна кількість різних варіантів постановки завдання, залежно від того, вплив яких саме факторів потрібно врахувати. У цій роботі ми досліджуємо вплив електричних та магнітних властивостей донних порід, а саме – їх магнітної проникності та електричної провідності, на індуковане електромагнітне поле. Зазвичай дослідження впливу магнітне полі властивостей донних порід обмежується урахуванням лише електричної їх провідності , оскільки донні породи, зазвичай, немає виражених магнітних властивостей. Однак, у прибережній зоні океану цілком можлива ситуація, коли донні породи мають і магнітні властивості. Крім того, виявляється [Там же], що для потенційного руху рідини виникнення струмів у донних породах можливе лише за рахунок індукційних ефектів – члена в рівняннях Максвелла. І відкидання цього доданку (квазістатичне наближення) призводить до того, що індуковане поле взагалі не залежить від провідності донних порід. Тому ми розглянемо таку постановку задачі про визначення індукованого поверхневою хвилею електромагнітного поля, в якій дно має не тільки електричну провідність, а й магнітні властивості, а також враховуватимемо ефект самоіндукції. 2. Основні рівняння та граничні умови Для вирішення задачі про визначення електромагнітного поля, індукованого рухом морської води в геомагнітному полі, використовується система рівнянь Максвелла: (1) Зв'язок між парами векторів та (матеріальні рівняння) а також вираз для щільності струму різні в різних середовищах . Вважаємо, що у повітрі (середовище I) зв'язок між векторами, що характеризують електромагнітне поле такий самий, як у вакуумі, а електричні струми та об'ємні заряди відсутні:, (2) Морську воду (середовище II) вважатимемо однорідною як по гідродинамічних, так та за електромагнітними властивостями. Матеріальні рівняння у системі координат, щодо якої рідина рухається, описані у . Вважаючи швидкість руху води малою, а індуковане магнітне поле значно меншим за геомагнітне поле, отримаємо: , (3) (4) де і - електрична проникність і провідність морської води. Розглянемо питання про об'ємні електричні заряди всередині води. З рівнянь (1), співвідношення (3), закону Ома (4) та умови збереження електричного заряду отримаємо: (5) Для випадку стаціонарного процесу, коли і рішення (5) має вигляд: де - характерний час встановлення стаціонарного стану. При,. Це означає, що будь-який гідродинамічний і гідроакустичний процеси можна

4 196 Видавництво «Грамота» вважати таким, що встановилося і в електродинамічному сенсі. Оскільки циклічні частоти навіть ультразвукових хвиль не перевищують, з хорошою точністю можна вважати, що таким чином, при потенційному русі морської води () об'ємні заряди в морській воді відсутні. Донні породи (середа III) будемо вважати напівнескінченним однорідним середовищем з провідністю, діелектричною та магнітною проникністю і відповідно. Матеріальні рівняння та закон ома у цьому середовищі виглядають так: (6) Об'ємна щільність електричних зарядів у середовищі III підпорядковується рівнянню, аналогічному (5), але з нульовою правою частиною. Тому в стаціонарному періодичному режимі. Характерний час встановлення рівноваги того самого порядку, що і. Як показано в , граничні умови на межах I-II і II-III мають для малих швидкостей руху води такий самий вид, як і для нерухомих середовищ. Тобто, на межі I-II:, (7) На кордоні II-III:, (8) Поверхневі густини зарядів і заздалегідь не відомі і перебувають при розв'язанні задачі. 3. Двовимірна поверхнева хвиля Розглянемо двовимірну поверхневу хвилю, що розповсюджується в напрямку осі (вісь спрямована вертикально вгору, а площина збігається з незбурненою поверхнею води). Швидкості частинок рідини будуть такими:, (9) - глибина моря., і пов'язані дисперсійним співвідношенням (10) Введемо кути і, що визначають орієнтацію вектора геомагнітного поля (у вихідній системі координат) таким чином: Тобто, - це кут між вертикаллю та вектором , що залежить від широти місця, а - кут між напрямом поширення хвилі та проекцією вектора на горизонтальну площину. Рішення системи (1) будемо шукати у вигляді Підставляючи ці вирази в (1), отримаємо: (11) (12) (13) (14) (15) ( () (16) ( (17) ( () (18) Рівняння (11)-(18) можна розбити на дві групи: рівняння (11), (13), (16) і (18) для компонентів, а також рівняння (12), (14), (15) і (17) ) для компонент, і.Рівняння другої групи вирішуємо наступним чином.і виразимо через: а рівняння для мають вигляд Тут, Знаходячи загальне рішення (20) і використовуючи (19), отримаємо в середовищі I: (19) (20)

5 ISSN Альманах сучасної науки і освіти, 4 (59) у середовищі II:, (21) (22) у середовищі III:, (23) Для визначення коефіцієнтів, і використовуємо граничні умови (7) та (8) Виключаючи і, зведемо систему до двох рівнянь для і які запишемо в матричному вигляді: () () () Вирішуючи цю систему, знаходимо коефіцієнти, і через які виражаються компоненти електромагнітного поля, і. Аналогічно вирішимо систему рівнянь (11), (13), (16) і (18) для компонентів, а рівняння мають вигляд Компонента виражається з (19). Вирішуючи (25) і використовуючи (23) і (19) знайдемо компоненти у середовищі I: у середовищі II: (24) (25) (26) (27) у середовищі III: Використовуючи граничні умови (7) та (8), отримаємо: (28) Звідси в. Таким чином, у всіх трьох середовищах і ( (29) ( (30) Компонента має розриви на кордонах між середовищами), що означає, що на межах є поверхневі заряди, щільності яких визначаються з умов (7) і (8): (кордон I -II) (31) (кордон II-III) (32) З отриманого рішення випливає, що компоненти щільності струму і дорівнюють нулю у всіх трьох середовищах, що узгоджується з умовою збереження електричного заряду.

6 198 Видавництво "Грамота" по порядку величини є. Існування поверхневих зарядів, що періодично змінюються, на перший погляд суперечить умові: оскільки середовище не надпровідне, поверхневі струми відсутні, і зміна поверхневого заряду може бути пов'язана тільки з існуванням нормальної до кордону компоненти об'ємного струму. Величину цієї компоненти знайдемо з умови збереження заряду Таким чином, відношення буде приблизно для морської води і типових частот вітрових хвиль приблизно. Тобто при відкиданні ми не виходимо за межі точності, з якою розглядаються матеріальні рівняння (2), (4) та (6) та граничні умови (7) та (8). 4. Результати розрахунків та висновки Таким чином, для двовимірної поверхневої хвилі, що має довільний напрямок щодо магнітного меридіана, ми розрахували компоненти магнітного та електричного полів у всіх середовищах, а також поверхневі електричні заряди на дні та вільній поверхні. Вплив електричних та магнітних властивостей донних порід на індуковане хвилею магнітне поле проявляється в такий спосіб. Мал. 1 На Мал. 1 показані залежності рівних над поверхнею амплітуд компонентів і (в одиницях) від періоду хвилі для хвиль однакової амплітуди. Крива 2 відповідає випадку немагнітного та непровідного дна (,), крива 1 - випадку немагнітного провідного дна (,), крива 4 - випадку магнітного непровідного дна (,), а крива 3 - випадку магнітного провідного дна (,). Всі криві розраховані для випадку. Виявляється, що для будь-якого значення періоду хвилі, індуковане поле монотонно зростає зі зростанням магнітної проникності дна і падає зі зростанням його провідності. p align="justify"> Залежність магнітного поля від періоду хвилі може бути як монотонно зростаючою, так і має максимум - в залежності від орієнтації хвилі по відношенню до геомагнітного поля. Мал. 2

7 ISSN Альманах сучасної науки та освіти, 4 (59) На Мал. 2 наведені залежності індукованого магнітного поля (у тих самих одиницях, що і на Рис. 1) від глибини моря (в кілометрах) для хвиль з періодом при. Криві 1, 2, 3 і 4 відповідають значенням, рівним 1, 2, 10 і 100. З отриманих результатів можна зробити такі загальні висновки: 1. Об'ємні електричні заряди не виникають ні в морській воді, ні в донних породах, що проводять, у разі потенційного руху морської води. 2. Поверхневі електричні заряди (30), (31) визначаються тільки компонентом геомагнітного поля, амплітудою та частотою хвилі та глибиною океану і не залежать від магнітної проникності та електричної провідності донних порід та морської води. 3. Вздовж гребнева компонента індукованого магнітного поля дорівнює нулю у всіх середовищах. 4. Вздовж гребнева компонента індукованого електричного поля дорівнює нулю в квазістатичному наближенні, а компоненти і, як і поверхневі електричні заряди, не залежать від електричних та магнітних властивостей води та донних порід. 5. Для всіх значень глибини океану та періоду хвилі величина індукованого магнітного поля монотонно зростає до кінцевого граничного значення зі зростанням магнітної проникності донних порід і монотонно падає зі зростанням їх провідності. Список літератури 1. Горська Є. М., Скринников Р. Т., Соколов Г. В. Варіації магнітного поля, індуковані рухом морських хвиль на мілководді // Геомагнетизм і аерономія З Гульельмі А. В. Ультранизькочастотні електромагнітні хвилі в корі та магнітосфері Землі // УФН Т З Зоммерфельд А. Електродинаміка. М., Савченко В. Н., Смагін В. П., Ліхтарьов Г. А. Питання морської електродинаміки. Владивосток: ВГУЕС, с. 5. Сьомкін С. В., Смагін В. П., Савченко В. Н. Магнітне поле інфразвукової хвилі в океанічному хвилеводі // Геомагнетизм і аерономія Т Сьомкін С. В., Смагін В. П., Савченко В. М. Генерація збурень магнітного поля при підводному вибуху // Вісті РАН. Фізика атмосфери та океану Т С Смагін В. П., Семкін С. В., Савченко В. Н. Електромагнітні поля, індуковані корабельними хвилями // Геомагнетизм і аерономія Т С Стрітенський Л. Н. Теорія хвильових рухів рідини. М: Наука, с. 9. Ліхтарьов Г. А., Семенов В. Ю. Електромагнітне поле морських поверхневих хвиль // Дослідження геомагнітного поля на акваторіях морів та океанів. М.: ІЗМІРАН, З Fraser DC The Magnetic Fields of Ocean Waves // Geophys. Journal Royal Astron. Soc Vol P Larsen J. C. Electric and Magnetic Fields Induced by Deep Sea Tides // Geophys. Journal Royal Astron. Soc Vol. 16. P Pukhtyar L. D., Kukushkin A. S. Investigation of Electromagnetic Fields Induced by Sea Motion // Physical Oceanography Vol. Res Vol. Res Vol P Weaver J. T. Magnetic Variation Associated with Ocean Waves and Swell // J. Geophys. Res Vol P УДК 34 Юридичні науки Вікторія Віталіївна Сидоренко, Айгуль Шарифівна Галимова Башкирський державний університет ПРОБЛЕМА ЕФЕКТИВНОСТІ ВИКОРИСТАННЯ РОБОЧОГО ЧАСУ Робочий час є важливою категорією в організації праці на підприємстві. Являє собою час, протягом якого працівник відповідно до правил внутрішнього трудового розпорядку та умов трудового договору повинен виконувати трудові обов'язки, а також інші періоди часу, які відповідно до законів та інших правових актів відносяться до робочого часу. Робочий час є природною мірою праці, існуючи у своїй як багатопланова категорія, т.к. від тривалості робочого дня залежить загальний стан здоров'я та життєдіяльності людини. Тривалість та інтенсивність робочого часу прямо впливає на тривалість часу відпочинку необхідної людині для відновлення сил, витраченої енергії, виконання сімейних обов'язків із виховання тощо. Тому найсуворіше дотримання законодавства про робочий час одночасно є забезпечення найважливішого конституційного права людини - права на відпочинок. Регулювання робочого дня вирішує такі найважливіші завдання як: встановлення можливої участі громадян, у громадському праці, забезпечення охорони праці, дотримання гарантія права відпочинок . Сидоренко В. В., Галімова О. Ш., 2012

Теорія ліній передачі Розповсюдження електромагнітної енергії по напрямних системах Напрямна система це лінія, здатна передавати електромагнітну енергію в заданому напрямку. Таким каналізуючим

4. ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ХВИЛИ 4.. Хвильове рівняння електромагнітної хвилі З рівнянь Максвелла слід висновок у тому що електромагнітне полі здатне існувати без електричних зарядів і струмів. При

Центр забезпечення якості освіти Інститут Група ПІБ МОДУЛЬ: ФІЗИКА (ЕЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ + КОЛИВАННЯ І ХВИЛИ (МОДУЛЬ 5 І 6)) 1 Вірні твердження 1) магнітні властивості постійних магнітів обумовлені

УДК 535.361 В. С. Г о р е л і к, В. В. Щ а в л е ВІДВІДНАННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ ВІД КОРДОНИ РОЗДІЛУ ДВОХ СЕРЕД З ПОСТАЧАЛЬНИМИ ВІДПОВІДАЛЬНИМИ ВІДПОВІДНИМИ

Електромагнітні хвилі. 1. Диференціальне рівняння електромагнітної хвилі. Основні властивості електромагнітних хвиль. 3. Енергія електромагнітних хвиль. Вектор Умова-Пойнінг. 4. Випромінювання диполя. 1.

I..3 Основні властивості електромагнітних хвиль. 1. Поперечність і ортогональність векторів E r і H r Система рівнянь Максвелла дозволяє коректно описати виникнення та розповсюдження електромагнітних

УДК 539. 25 ТОЧНЕ РІШЕННЯ ЗАВДАННЯ ВЗАЄМОДІЯ НЕОДНОРОДНИХ ХВИЛЬ З ПЛОСКИЙ КОРДОНОМ Х.Б. Толіпов Аналіз характеристик розсіяного хвильового поля є класичним завданням геофізики, ультразвукової

ТИПОВІ ПИТАННЯ ДО ТЕСТА (ч.) Рівняння Максвелла 1. Повна система рівнянь Максвелла для електромагнітного поля має вигляд: Вкажіть наслідком яких рівнянь є такі твердження: у природі

ПРИКЛАДНА МЕХАНІКА І ТЕХНІЧНА ФІЗИКА. 2006. Т. 47, N-3 43 УДК 551.466.3 ДО ТЕОРІЇ СТАЦІОНАРНИХ ХВИЛЬ НА ГОРИЗОНТАЛЬНОМУ ПЛИНІ З ЛІНІЙНИМ ПРОФІЛЕМ ШВИДКОСТІ А. А. Зайцев, А. І. Руденко

5 хвилі, що спрямовуються хвиля, що спрямовується, це хвиля яка поширюється вздовж заданого напрямку Пріоритетність напряму забезпечується напрямною системою 5 Основні властивості і параметри спрямовується

Кінетична індуктивність зарядів та її роль у класичній електродинаміці Менде Ф. Ф. Діелектрична та магнітна проникність матеріальних середовищ є фундаментальними параметрами, що входять

Грудень 1992 р. Том 162, 12 УСПІХИ ФІЗИЧНИХ НАУК МЕТОДИЧНІ ЗАМІТКИ ІНТЕРФЕРЕНЦІЯ РЕАКТИВНИХ КОМПОНЕНТ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО ПОЛЯ А.А. Дзвонів, (Московський фізико-технічний інститут, Московський верстатоінструментальний

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА N o 2.11 ВИЗНАЧЕННЯ ШВИДКОСТІ ПОШИРЕННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ З ДОПОМОГЮ ДВОХПРОВІДНОЇ ЛІНІЇ Мета роботи Метою даної роботи є вивчення процесу розповсюдження електромагнітних

Факультатив Метод послідовних наближення обчислення квазистаціонарних електромагнітних полів (цього питання немає в підручниках) Якщо електромагнітні поля змінюються в часі повільно, то рівняння

Сафронов В.П. 2012 ЕЛЕКТРОМАГНІТНЕ ПОЛЕ. РІВНЯННЯ МАКСВЕЛЛА - 1 - Розділ 17 ЕЛЕКТРОМАГНІТНЕ ПОЛЕ Система з чотирьох рівнянь Максвелла повністю описує електромагнітні процеси. 17.1. ПЕРША ПАРА

4 ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ КОЛИВАННЯ І ХВИЛИ Коливальним контуром називають електричний ланцюг складений з конденсаторів і котушок, в якому можливий коливальний процес перезаряджання конденсаторів.

Магнітне поле прямолінійного провідника зі струмом Основні теоретичні відомості Магнітне поле. Характеристики магнітного поля Подібно до того, як у просторі, що оточує нерухомі електричні заряди,

1 ЛЕКЦІЯ 21 Електростатика. Повільно мінливі поля. Рівняння Пуассона. Вирішення рівняння Пуассона для точкового заряду. Потенціал поля системи зарядів. Напруженість електричного поля системи зарядів.

1 Тиск та імпульс електромагнітних хвиль Тиск електромагнітної хвилі на поверхню ідеального провідника 1. Електромагнітні хвилі, відбиваючись чи поглинаючись у тілах, чинять на них тиск. Це

Лекція 21 Електростатика. Повільно мінливі поля. Умови полів, що повільно змінюються. Рівняння Пуассона. Вирішення рівняння Пуассона для точкового заряду. Потенціал поля системи зарядів. Напруженість

W09 ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ХВИЛИ. ПОЛЯРИТОНИ. Перейдемо до розгляду особливостей електромагнітних хвиль у різних середовищах. Всім відомі рівняння Максвелла будемо використовувати як 1 B div D 0 rot E t (1)

Заняття 17 Тема: Хвильовий рух Електромагнітна хвиля Мета: Рівняння гармонійної хвилі, що біжить Зміщення, фаза, хвильовий вектор Енергія хвилі Вектор Пойнтінга-Умова Стояча хвиля Коротка теорія Хвильові

1 1 Умова квазістаціонарності поля Квазистаціонарне змінне електромагнітне поле - це наближений спосіб опису електромагнітного поля при якому можна знехтувати струмом усунення в системі рівнянь

Хмільник С.І. Нове рішення рівнянь Максвелла для сферичної хвилі Зміст. Вступ. Рішення рівнянь Максвелла 3. Потоки енергії 4. Про поздовжню хвилю 5. Висновок Додаток Література Таблиці

Семестр Лекція Хвилі Хвилі. Рівняння плоскої монохроматичної хвилі. Хвильове рівняння. Запитання. Хвиля. Фронт хвилі. Хвильова поверхня. Поперечні та поздовжні хвилі (приклади. Рівняння плоскої хвилі).

ТЕМА 16 РІВНЯННЯ МАКСВЕЛЛА 161 Струм усунення 162 Єдина теорія електричних та магнітних явищ Максвелла Система рівнянь Максвелла 164 Пояснення до теорії класичної електродинаміки 165 Швидкість поширення

Тема: Закони змінного струму Електричним струмом називається впорядкований рух заряджених частинок або макроскопічних тіл Змінним називається струм, який з часом змінює свою величину

1 7. Рівняння Максвелла та електромагнітні хвилі 7.1. Рівняння Максвелла Досі ми вивчали рівняння Максвелла невеликими фрагментами. Тепер настав час додати останню частину і з'єднати їх все воєдино.

Електростатика ТИПОВІ ПИТАННЯ ДО ТЕСТА 1 (ч. 2) 1. Поле створено нескінченною рівномірно зарядженою ниткою з лінійною щільністю заряду +τ. Вкажіть напрям градієнта потенціалу в точці А. 2. Кожен з

Іспит Умова фазового синхронізму (продовження Обійти цю перешкоду можна за рахунок двопроменеломлення (два різних показники заломлення в кристалі) Справа в тому, що в кристалі поширюються дві

Скорочення: Опр Ф-ка Ф-ла - Пр - визначення формулювання формула приклад 1. Електричне поле 1) Фундаментальні властивості заряду (перерахувати) 2) Закон Кулона (Ф-ла, рис) 3) Вектор напруженості електричного

ЛІЦЕЙ 1580 (ПРИ МДТУ ІМ.Н.Е.БАУМАНА) КАФЕДРА «ОСНОВИ ФІЗИКИ», 11КЛАС, 3 СЕМЕСТР 2018-2019 НАВЧАЛЬНИЙ РІК Варіант 0 Завдання 1. Топке прополочное кільце 0, S. ,01

Л17 Теорія електромагнітного поля Максвелла заснована на наступних положеннях 1. Будь-яка зміна магнітного поля створює в навколишньому просторі вихрове Е.. Будь-яка зміна електричного поля (струм

Семінар 3 Електромагнітні хвилі Основний матеріал семінару викладено в конспекті лекцій з оптики Тут лише додаткові моменти 1 У вакуумі поширюється електромагнітна хвиля електрична складова

Помилка Лоренца та Воронезької групи АНАЛІЗ. Бєляєв Віктор Григорович, гір. Фастів. [email protected]Анотація. Застосування будь-яких перетворень координат до рівнянь Максвелла з метою доказу

Тема 3. Електромагнітні хвилі у речовині. П.1. ЕМВ у речовині П.2. Дисперсія. П.3. ЕМВ у провідній речовині П.4. Дисперсія та згасання ЕМВ у діелектриці П.5. Поляризація 1 П.1. ЕМВ у речовині Проблема:

Рух заряджених частинок в електричному полі Основні теоретичні відомості На заряд Q, поміщений в електростатичне поле напруженістю E діє кулонівська сила, що дорівнює F QE Якщо напруженість

Лекція 5 Розповсюдження хвиль Відображення та заломлення звуку k k sin k os При падінні звукової хвилі ω на межу розділу двох середовищ характеризуються швидкістю звуку з і з відповідно виникає відбита

Електронний журнал «Праці МАІ». Випуск 68 www.a.ru/scece/rudy/ УДК 537.87+6.37 Розв'язання задачі розсіювання на протяжних циліндричних тілах різного перерізу Гіголо А. І. * Кузнєцов Г. Ю. ** Московський

1 ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 38 Вивчення властивостей електромагнітних хвиль Мета роботи: вивчення властивостей електромагнітних хвиль і методів їх індикації. Теоретичне введення Максвелл теоретично довів (основуючись

Ленгмюрівська частота та її значення для фізики плазми Ф Ф Менде Ленгмюрівська частота дуже важливим електродинамічним параметром є резонанс струму зміщення та струму провідності при накладенні на

ВАРІАНТ 1 1. Щодо статичних електричних полів справедливі твердження: а) електростатичне поле діє на заряджену частинку з силою, яка не залежить від швидкості частинки; б) силові лінії

Лекція 11 План 1. Оптичні явища на межі розділу середовищ: відображення та заломлення поляризованого світла на межі розділу. Формули Френеля. 3. Ефект Брюстера. 4. Зміна фази світлової хвилі при

Загальна фізика. сім. 2 Лекція 12 Електромагнітні хвилі (продовження) План лекції: 1. Інтенсивність електромагнітних хвиль. 2. Імпульс електромагнітних хвиль. 3. Стояча електромагнітна хвиля. 4. Випромінювання

ФІЗИКО-МАТЕМАТИЧНІ НАУКИ УДК 5.9 ПОВЕРХНЕВІ ГРАВІТАЦІЙНІ ЕЛЕКТРОКАПІЛЯРНІ ХВИЛИ НА ЗЛА РІДКОГО ПРОВОДНИКА Тактаров Н.Г. Єгерьова Е.М. Мордівський державний університет м. Саранськ Досліджено

29 Умови на межі розділу двох середовищ div(D) = ρ Для електричного поля рівняння Максвелла 1 B для D2n D1n = σ межі розділу двох середовищ перетворюються на граничні умови, де E2τ E1τ n= n1 2, σ поверхнева

Лекція 8 Малі обурення в газах Розглянемо поширення малих збурень у середовищі Нехай рівноважний стан середовища описується параметрами p V а відхилення від цих значень у кожній точці простору

Основні екзаменаційні питання з 2 частини Основні. 1. Напруженість електричного принципу суперпозиції. 2. Потенціал електричного 3. Потік вектора напруги. Закон Гауса. 4. Електростатична

1 Висновок рівнянь для збурень течії рідини 1.1 Обурення у вигляді хвиль, що біжать Запишемо повну систему рівнянь руху в'язкої стисливої рідини, що складається з рівняння нерозривності і трьох рівнянь

Розділ I. Зворотні завдання В.І. Дмитрієв. ПРО ЄДНІСТЬ РІШЕННЯ ТРИХМІРНОЇ ЗВОРОТНОГО ЗАВДАННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО ЗОНДУВАННЯ. Вступ. Питання єдиності вирішення зворотного завдання є важливою складовою

Електромагнітні хвилі Існування електромагнітних хвиль було теоретично передбачено великим англійським фізиком Дж. Максвеллом у 1864 році. Максвелл проаналізував усі відомі на той час закони

Розділ 14 Рівняння Максвелла 115 Вихрове електричне поле Магнітне поле, що змінюється в часі, породжує електричне поле E B, циркуляція якого E dl B = E Bl dφ dl =, (1151) dt де E Bl проекція

В даний час рівняння Власова є основними рівняннями електродинаміки плазми, в яких електромагнітні поля самоузгоджені.

Хмільник С. І. Електромагнітна хвиля у дроті змінного струму Анотація Пропонується рішення рівнянь Максвелла для дроту змінного струму. Розглядається структура струмів та потоків енергії. Зміст.

Поверхневий ефект не зазнає поверхневого відношення I.4 Скін-ефект 1 Якісний аналіз Розглянемо тепер фізику скін ефекту. Якщо однорідний провідник має постійний струм, то щільність струму

Моделювання фізичних явищ з допомогою систем звичайних диференціальних рівнянь. Опис руху в полі тяжкості за допомогою звичайних диференціальних рівнянь Фізичні явища, що розглядаються

Конденсатор коливального контуру тривалий час підключений до джерела постійної напруги (див. рисунок). У момент t = 0 перемикач До переводять з положення 1 положення 2. Графіки А і Б представляють

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ НЭ БАУМАНА ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО СОРЕВНОВАНИЯ ОЛИМПИАДЫ «ШАГ В БУДУЩЕЕ» ПО КОМПЛЕКСУ ПРЕДМЕТОВ «ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ» ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ

Хмільник С. І. Ще про природу Земного магнетизму Анотація Пропонується та обговорюється гіпотеза про природу Земного магнетизму. Зміст. Вступ. Електромагнітна хвиля у сферичному конденсаторі 3. Магнітне

3. Лабораторна робота 21 ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОСТАТИЧНОГО ПОЛЯ Цілі роботи: 1) експериментально досліджувати квазістаціонарне електричне поле, побудувати картину еквіпотенційних поверхонь та ліній

1. Два позитивні заряди q 1 і q 2 знаходяться в точках з радіус-векторами r 1 і r 2. Знайти негативний заряд q 3 і радіус-вектор r 3 точки, в яку його треба помістити, щоб сила, що діє на

Федеральне агентство з освіти ОУ ВПО Уральський державний технічний університет-упи Електромагнітна індукція. Максвелла Питання для програмованого контролю з фізики Єкатеринбург

ЛЕКЦІЯ 9 ПЛАЗМЕННІ КОЛИВАННЯ На минулих лекціях розглядалися елементарні збудження в системах, що знаходяться в термодинамічній рівновазі. Наприклад, коли вивчалися надплинність та надпровідність,

Поширення KB іоносферною хвилею відбувається шляхом послідовного відбиття від шару F (іноді шару Е) іоносфери та поверхні Землі. При цьому хвилі проходять через нижню область іоносфери – шари Е та D, в яких зазнають поглинання (рис. 5, а). Для здійснення радіозв'язку на KB повинні бути виконані дві умови: хвилі повинні відбиватися від іоносфери і напруженість електромагнітного поля в цьому місці повинна бути достатньою для прийому, тобто поглинання хвилі в шарах іоносфери не повинно бути надто великим. Ці дві умови обмежують діапазон застосовних робочих частот.

Для відображення хвилі необхідно, щоб робоча частота була не надто високою, а електронна щільність іоносферного шару достатньою для відображення цієї хвилі відповідно (3-44). З цієї умови вибирається максимальна частота, що застосовується (МПЧ), що є верхньою межею робочого діапазону.

Друга умова обмежує робочий діапазон знизу: що нижча робоча частота (у межах короткохвильового діапазону), то сильніше поглинання хвилі в іоносфері (див. рис. 5). Найменша частота (НПЧ) визначається з умови, що при даній потужності передавача напруженість електромагнітного поля повинна бути достатньою для прийому.

Електронна щільність іоносфери змінюється протягом доби та протягом року. Отже, змінюються і межі робочого діапазону, що призводить до необхідності зміни робочої довжини хвилі протягом доби:

Вдень працюють на хвилях 10-25 м-коду, а вночі на хвилях 35-100 м-коду .

Необхідність правильного вибору довжини хвилі для сеансів зв'язку у різний час ускладнює конструкцію станції та роботу оператора.

Зоною мовчання KB називають кільцеву область, що існує на деякій відстані від станції, що передає, в межах якої неможливий прийом радіохвиль. Поява зони мовчання пояснюється тим, що земна хвиля згасає і не досягає цієї області (точка 6 на рис. 3-39 а), а для іоносферних хвиль, що падають під малими кутами на іоносферу, не виконуються умови відображення (3-44). Межі зони мовчання (ВС) розширюються при укороченні довжини хвилі та зниженні електронної щільності.

Завмирання в діапазоні KB глибші, ніж у діапазоні СВ. Основною причиною замирань є інтерференція променів, що поширюються шляхом одного і двох відбиття від іоносфери (рис. 3-39, о). Крім цього завмирання викликаються розсіюванням радіохвиль на неоднорідностях іоносфери та інтерференцією розсіяних хвиль (рис. 3-39,6), а також інтерференцією звичайної та незвичайної складових магніторозщепленої хвилі (рис. 3-39,в). Обробка вимірювань за короткі інтервали часу (до 5 хв) показала, що ф-ції розподілу амплітуд близькі до розподілу Релея (3-54). Протягом великих інтервалів спостережень розподіл ближчий до логарифмічно нормального з середньоквадратичним відхиленням 6±1,25 дБ. В обох випадках різниця між рівнями напруженості поля сигналу, що перевищуються протягом 10 і 90% часу, становить 16±3,2 дБ.

Швидкість завмирання (§ 3-6) лежить у межах 6 - 16 завмирань на хвилину. На лініях протяжністю 3000 км швидкість завмирань у 2 - 6 рази менше, ніж лінії завдовжки 6000 км. Інтервал часу кореляції коливається не більше?о = 4,5 - 1,5 з. Масштаб просторової кореляції залежить від протяжності лінії радіозв'язку, робочої частоти, характеру неоднорідностей іоносфери лежить у межах rо==210-560 м (10 - 25?). Для боротьби із завмираннями застосовується прийом па рознесені антени. Напрямок рознесення рекомендується вибирати перпендикулярним до напрямку траси, відстань рознесення беруть близько масштабу кореляції 10?. Сигнали, прийняті рознесені антени, складають після детектування. Ефективним є рознесення поляризації - прийом на дві антени, що мають взаємно перпендикулярну поляризацію. Використовуються також приймальні антени з
вузькою діаграмою спрямованості, орієнтованої прийом лише одного з променів.

За сприятливих умов поширення KB можуть огинати земну кулю один і кілька разів. Тоді крім основного сигналу може бути прийнятий другий сигнал, що запізнюється приблизно на 0,1 і званий радіоехо. Радіоехо має дію, що заважає, на лініях меридіонального напрямку.

УДК 538.566.2: 621.372.8

Поверхневі електромагнітні хвилі на плоских межах електропровідних середовищ з високою провідністю, хвиля Ценнека

В. В. Шевченка
Інститут радіотехніки та електроніки ім. В.А.Котельникова РАН

Анотація. Розглянуто властивості теоретичної моделі поверхневих електромагнітних хвиль, що спрямовуються плоскими межами високопровідних середовищ: металів, вологого ґрунту, морської та взагалі солоної води. Обчислено фазову, «групову» та енергетичну швидкості таких хвиль. Показано, що це хвилі ставляться до незвичайного типу хвиль, які «групова» швидкість відрізняється від енергетичної швидкості, тобто. швидкість перенесення хвилею енергії. І хоча залежно від параметрів середовища фазова та «групова» швидкості таких хвиль можуть бути більшими за швидкість світла з, їх енергетична швидкість завжди менша за швидкість світла. До розглянутого типу хвиль належить так звана хвиля Ценнека.

Ключові слова: поверхневі хвилі; фазова, групова, енегетична швидкість хвиль; хвиля Ціннека.

Abstract.Властивості теоретичного modelu surface electromagnetic waves, що керуються площею boundaries high conductive media: метелики, humid soils, sea and salty water in general are considered. The phase,”group” and energy flow velocities of these waves are calculated. Ці води є пов'язаними з unusual type of waves, “group” velocity of which is differed from the energy flow velocity, що is the wave energy transport velocity. Although depending on medium parametrs the phase and “group” velocities of these waves can be more than the light velocity c, їхня energy flow velocity always less than the light velocity c. So named Zenneck's wave is related to considerad the type of waves.

Key words: surface waves; phase, group, energy flow velocities of waves; Zenneck's wave.

Вступ

Питання про зазначені в назві статті поверхневі хвилі і, особливо, про так звану хвилю Ценнека протягом багатьох років час від часу, знову і знову піднімається в наукових дискусіях в галузі прикладної електродинаміки, як теоретиками, так і експериментаторами. Оскільки такі дискусії відображені в багатьох публікаціях (див., наприклад, в і літ. посилання в них), то ми не зупиняємося на деталях опублікованих тверджень і сумнівів. Зазначимо лише, що зазвичай обговорюються такі питання. Чи можлива взагалі з фізичної точки зору хвиля Ценнека: чи не суперечить це фізичним законам, а якщо можлива, то можна її порушити джерелами, що фізично реалізуються, і чи можна її використовувати для передачі сигналу в системах зв'язку і в радіолокації.

Поданий нижче теоретичний аналіз дає, на думку автора, цілком певну відповідь, по крайнього заходу, перші з зазначених питань, тобто. не суперечить і можна її порушити. Питання, що залишилося, відноситься до галузі технології реалізації та застосування таких поверхневих хвиль.

1. Основні властивості поверхневої хвилі на плоскій межі високопровідного середовища

Нехай залежність стаціонарного електромагнітного поля іноді має вигляд , де - кругова частота поля. Розглянемо для простоти, як це робиться зазвичай [ , ], двовимірну модель (результати легко переносяться на тривимірну модель ) електромагнітної поверхневої хвилі на плоскій межі (Рис.1) між вільним простором з параметрами ,і електропровідним немагнітним () середовищем з ефективною діелектричною проникністю , де комплексна безрозмірна відносна проникність

. (1)

Мал. 1. Плоска межа електропровідного середовища

, . (2)

Наприклад, для вологого грунту, морської та просто солоної води () у радіохвильовому діапазоні, а для металів () у радіохвильовому діапазоні, НВЧ, КВЧ і аж до інфрачервоного діапазону оптичних частот

, (3)

Де - питома провідність середовища.

Комплексні магнітну та електричні компоненти поля поверхневої хвилі відповідної поляризації, що поширюється вздовж плоскої межі середовища у напрямку осі z(Рис.2), представимо у вигляді

, (4)

, (5)

(6)

де А- амплітудна константа, , с –швидкість світла та- Довжина хвилі у вільному просторі, ,

, (7)

Мал. 2. Локалізація поля хвилі біля межі середовища

Вихідне дисперсійне рівняння, що отримується при зшиванні поля на межі середовища при y =0відповідно до рівностей

. (10)

Наближене рівняння та його вирішення при мають вигляд

, (11)

,, (12)

а уточнене рівняння та її рішення при , тобто. згідно (12) –

, . (13)

На підставі цих співвідношень та виразів (), () обчислюються значення

, (14)

. (15)

Таким чином, хвиля дійсно є поверхневою, оскільки , , і вона поширюється вздовж кордону y =0у напрямку осі z.

Слід зазначити, що результат (15) може бути отриманий також із співвідношення

, (16)

(17)

яке дозволяє проаналізувати структуру поля хвилі, що відповідає виразам (), ().

Дійсно, величина , що описує притискання поля хвилі до кордону середовища, відповідно (16) збільшує значення , що уповільнює швидкість руху фазового фронту хвилі, а величина , що описує нахил фазового фронту хвилі до кордону середовища (Рис. 3, фізична причина нахилу полягає в тому, що середовище частково поглинає енергію хвилі) зменшує значення, тобто прискорює рух фазового фронту хвилі вздовж кордону.

Рис.3. Нахил фронту хвилі до кордону середовища

При цьому при значеннях цих величин, що відповідають виразам (), старші за малою величиною члени () компенсуються, так що

, (18)

і в результаті в речовій частині () залишаються тільки члени, пропорційні квадрату цієї малої величини. Зазначений вище нахил напряму поширення фазового фронту хвилі до межі середовища (Рис.3), згідно з сказаним, становить малий кут

. (19)

Вирази (),(),() дозволяють оцінити протяжності поля поверхневої хвилі в поперечному (L y) та поздовжньому ( L z)напрямках, які приблизно рівні

(20)

Тут не враховується мала поперечна протяжність поля хвилі всередині середовища, що дорівнює (

. (21)

(32)

Тут слід зазначити, що переходи значень фазової та групової швидкостей хвиль через швидкість cвідбуваються при параметрах середовища. Враховуючи наближений характер введених швидкостей, немає підстав надавати якийсь фізичний зміст отриманим конкретним значенням перехідних параметрів середовища.

4. Енергетична швидкість

Енергетична швидкість, тобто. швидкість передачі хвилею енергії [ , , ], може бути обчислена за наступною уточненою тут формулою:

, (33)

де усереднені за часом - поздовжній (вздовж осі z ) потік переносимої хвилею потужності і – лінійна щільність енергії, що переміщається разом з хвилею на одиницю довжини вздовж напрямної структури, тобто. плоскої межі (також уздовж осі z). Така кінематично обумовлена енергетична швидкість заснована на теоремі Умова-Пойнтінга. Вона застосовується як до хвиль, що розповсюджуються без втрат енергії, так і хвиль з втратами. Це визначення не включає дисипативну та поглинається середовищем енергію, яка не поширюється разом із хвилею. При цьому виконується баланс хвилею енергії, що переміщається, вздовж кордону середовища.

Для аналізованої хвилі маємо

, (34)

де і - парціальні потоки потужності над і під площиною y =0які згідно (), () рівні

(35)

і відповідно , де при м маємо

(36)

(37)

. (43)

На підставі цього виразу і формули () отримаємо для поверхневих хвиль, що розглядаються тут.

, (44)

де - Фазова, а при малих значеннях вона ж енергетична швидкість уповільненої поверхневої хвилі в напрямку руху фазового фронту. В результаті на підставі () отримаємо

. (45)

По суті в проведеному обчисленні було використано властивість хвиль з плоским фазовим фронтом, що застосовується до плоских і близьких до них хвиль, що полягає в тому, що нахил напрямку руху фазового фронту по відношенню до напряму поширення хвилі збільшує фазову швидкість (), (), () та зменшує енергетичну швидкість (45) хвилі.

У результаті маємо, що енергетична швидкість поверхневої хвилі завжди менша з, включаючи випадок, що відповідає хвилі Ценнека, для якої фазова та групова швидкості виявляються більшими з.

5. Обговорення результатів

Обговоримо критично відомі версії, на підставі яких, здавалося б, можна стверджувати, що розглянута вище теоретична модель поверхневих хвиль не описує фізичні поверхневі хвилі, що спрямовуються межею електропровідного середовища з високою провідністю у разі, коли фазова та/або групова швидкості виявляються більшими за швидкість світла с.

Як випливає з іншого, не асимптотичного, способу представлення повного поля джерела у вигляді спектрального розкладання по власних хвилях (по поперечних хвильових числах з дискретно-безперервним спектром) відкритої напрямної структури, тут межі середовища [ , , ], таке розкладання у вихідному вигляді містить крім інтеграла виділену поверхневу хвилю незалежно від того повільна вона чи швидка. Це розкладання може бути отримано як безпосередньо на підставі теорії сингулярної (у нескінченному інтервалі) поперечної граничної задачі на власні числа та власні функції [ , ], так і шляхом перетворення зазначеного інтегрального розкладання Фур'є по поздовжнім хвильовим числам на розкладання по поперечним хвильовим числам. У другому випадку при деформації контуру інтегрування в комплексній площині хвильових чисел цей контур однаково замітає полюси підінтегрального виразу, що відповідають як повільною, так і швидкою поверхневим хвиль [ , , ]. Таким чином, поверхнева хвиля як повільна, так і швидка міститься в повному полі, збудженому джерелом, але вона згасає і зникає в асимптотиці, де залишається тільки поле просторової хвилі.

Висновок

Розглянуті хвилі є особливий тип поверхневих хвиль, поверхневий характер яких, тобто. експоненційний спад поля від кордону розглядається високо провідного середовища в поперечному напрямку, має тут місце не через уповільнення її фазової швидкості щодо швидкості плоских хвиль над кордоном середовища, що виявилося тут необов'язковим, а через часткове поглинання в ній енергії в процесі поширення хвилі. Подані результати показують, що розглянута модель таких поверхневих хвиль не суперечить фізичним законам. Тому немає підстав сумніватися в тому, що вона описує фізичні хвилі і коли їхня фазова швидкість менша c, і коли – більше, а загальноприйнята «групова» швидкість їм, судячи з усього, немає чіткого фізичного сенсу.

При цьому, однак, такі хвилі мають суттєві недоліки з точки зору їх використання в технічних додатках. По-перше, вони слабко притиснуті межі середовища, тобто. їхнє поле має досить велику довжину в поперечному напрямку над кордоном, тому для їх ефективного збудження може знадобитися джерело з занадто великим розміром вертикальної апертури. По-друге, їх фазова швидкість лише трохи відрізняється від швидкості світла. зТому будь-які, навіть малі нерегулярності в площині кордону середовища можуть призвести до розсіювання поля хвилі і суттєвого збільшення втрат енергії при поширенні вздовж кордону. Таке може виникнути при відхиленні кордону від площини, тобто. за наявності кривизни її поверхні. Аналіз розглянутих поверхневих хвиль на нерегулярному кордоні потребує спеціального дослідження [ , ].

З іншого боку, при спробах застосувати поверхневі хвилі, наприклад, на межах металів у технічних додатках необхідно врахувати, що поверхні реальних металів зазвичай покриті оксидними плівками, що мають товщину порядку часток мікрона, мікрона або декількох мікрон (природні плівки) і близько десятків мікрон (штучно) створювані плівки для механічного захисту поверхні металів). У такому разі необхідно використовувати результати дещо іншої теоретичної моделі напрямної системи: шаруватої структури типу металева підкладка – діелектрична плівка (обов'язково з урахуванням втрат енергії в них) – вільний простір. Наявність плівки може суттєво вплинути на притискання поверхневої хвилі у бік його збільшення і, отже, на можливість спрощення збудження хвилі та більшу її стійкість по відношенню до нерегулярностей структури.

Як післямову до статті зазначимо, що у вересні 2012 року цю статтю було представлено в журналі УФН, в якому перед цим було опубліковано серію статей, присвячених хвилі Ценнека, і, по суті, виникла дискусія на цю тему. Однак стаття не була прийнята для публікації через те, що редколегія УФН вирішила «нові роботи щодо хвиль Ценнека до розгляду не приймати». Внаслідок цього зазначена публікація в УФН статей з цієї теми фактично завершилася публікацією помилкової статті.

Література

1.Barlow H. M., Wait J. R. // Electron. Letters. 1967.Т.3. №9.С.396.

2.Шевченко В. В. // Радіотехніка та електроніка. 1969.Т.14. №10.С.1768.

3., .: Golem Press, 1971).

17. Мандельштам Л. І. Лекції з оптики, теорії відносності та квантової механіки. М: Наука, 1972. С.420,431.

18. Зільберглейт А. С., Копилевич Ю. І. // Листи у ЖТФ. 1979. Т.5. №8. С. 454.

19. Бреховських Л. М. Хвилі в шаруватих середовищах. М: Вид. АН СРСР, 1957.

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

21. Шевченко В. В.// Диференціальні рівняння.1979.Т.15. №11. З .2004 (ShevchenkoV.V.//Differential Equations.1980.V.15. №11.P.1431).

22. Шевченко В. В. // Изв. ВНЗ – Радіофізика. 1971.Т.14. №5.С.768.

На допомогу вивчаючому електроніку. Розповсюдження радіохвиль Історія дослідження довгих і коротких хвиль

Рекомендований список дисертацій

Електромагнітні хвильові явища в обмеженій та нерівноважній електронній плазмі твердого тіла 1998, доктор фізико-математичних наук Попов, В'ячеслав Валентинович

Введення дисертації (частина автореферату) на тему «Нові типи поверхневих електромагнітних хвиль у провідних середовищах»

Подібні дисертаційні роботи за спеціальністю «Радіофізика», 01.04.03 шифр ВАК

Електромагнітні збудження у провідниках з анізотропною зонною структурою 1984 рік, кандидат фізико-математичних наук Савінський, Сергій Степанович

Висновок дисертації на тему «Радіофізика», Дацько, Володимир Миколайович

Транскрипт