UDC 538.566.2: 621.372.8

Unde electromagnetice de suprafață pe granițele plate ale mediilor conductoare electric cu conductivitate ridicată, unde Zenneck

V. V. Şevcenko
Institutul de Inginerie Radio și Electronică numit după. V.A. Kotelnikov RAS

adnotare. Sunt luate în considerare proprietățile unui model teoretic al undelor electromagnetice de suprafață direcționate de granițele plate ale mediilor înalt conductoare: metale, sol umed, mare și în general apă sărată. Se calculează faza, „grupul” și vitezele energetice ale unor astfel de unde. Se arată că aceste unde aparțin unui tip neobișnuit de unde, în care viteza „grupului” diferă de viteza energiei, adică. viteza de transfer de energie de către val. Și deși, în funcție de parametrii mediului, vitezele de fază și „grup” ale unor astfel de unde pot fi mai mari decât viteza luminii Cu, viteza lor energetică este întotdeauna mai mică decât viteza luminii. Tipul de unde luate în considerare este așa-numita val Zenneck.

Cuvinte cheie: unde de suprafață; viteze ale undelor de fază, grup, energie; Valul Zenneck.

Abstract.Sunt luate în considerare proprietățile unui model teoretic al undelor electromagnetice de suprafață, ghidate de limitele plane ale mediilor conductoare ridicate: metale, soluri umede, apă de mare și sărată în general. Se calculează faza, „grupul” și vitezele fluxului de energie ale acestor unde. Aceste unde sunt legate de tipul neobișnuit de unde, a căror viteză „grup” diferă de viteza fluxului de energie, adică viteza de transport a energiei valurilor. Deși, în funcție de parametrii medii, vitezele de fază și „grup” ale acestor unde pot fi mai mari decât viteza luminii c, viteza lor de curgere a energiei este întotdeauna mai mică decât viteza luminii c. Așa numit valul lui Zenneck este legat de tipul considerat de unde.

Cuvinte cheie: unde de suprafață; faza, grupa, vitezele fluxului de energie ale undelor; Valul lui Zenneck.

Introducere

Problema undelor de suprafață indicate în titlul articolului și, în special, așa-numita val Zenneck a fost ridicată de mulți ani din când în când în discuțiile științifice din domeniul electrodinamicii aplicate, atât de către teoreticieni, cât și de către experimentați. Întrucât astfel de discuții sunt reflectate în multe publicații (a se vedea, de exemplu, în și referințele în ele), aici nu ne oprim asupra detaliilor declarațiilor și îndoielilor publicate. Să remarcăm doar că următoarele întrebări sunt de obicei discutate. Este unda Zenneck chiar posibilă din punct de vedere fizic: nu contrazice acest lucru legile fizice și, dacă este posibil, atunci poate fi excitat de surse fezabile fizic și poate fi folosit pentru transmiterea semnalului în sistemele de comunicații și radar?

Analiza teoretică prezentată în continuare oferă, în opinia autorului, un răspuns foarte cert la cel puțin primele două dintre aceste întrebări, adică. nu contrazice și o poți emoționa. Întrebarea rămasă se referă la tehnologia de implementare și aplicare a unor astfel de unde de suprafață.

1. Proprietățile de bază ale unei unde de suprafață pe o limită plană a unui mediu înalt conductiv

Fie dependența unui câmp electromagnetic staționar de timp să aibă forma , unde este frecvența circulară a câmpului. Pentru simplitate, să considerăm, așa cum se face de obicei [,], un model bidimensional (rezultatele sunt ușor transferate la un model tridimensional) al unei unde electromagnetice de suprafață pe o limită plană (Fig. 1) între spațiul liber cu parametri și un mediu nemagnetic () conductiv electric cu o constantă dielectrică efectivă, unde este permeabilitatea relativă adimensională complexă

. (1)

Orez. 1. Limită plată a unui mediu conductiv electric

, . (2)

De exemplu, pentru solul umed, mare și pur și simplu apă sărată () în domeniul undelor radio și pentru metale () în domeniul undelor radio, microunde, EHF și până la intervalul de frecvență optică infraroșu

, (3)

Unde este conductivitatea specifică a mediului.

Componente magnetice și electrice complexe ale câmpului unei unde de suprafață de polarizare corespunzătoare care se propagă de-a lungul graniței plane a mediului în direcția axei z(Fig.2), reprezentați-l sub formă

, (4)

, (5)

(6)

Unde A- constanta de amplitudine, , Cu - viteza luminii si- lungimea de unda in spatiul liber, ,

, (7)

Orez. 2. Localizarea câmpului de undă lângă limita mediului

Ecuația de dispersie originală obținută prin potrivirea câmpului de la limita mediului la y =0 conform egalităţilor

. (10)

Ecuația aproximativă și soluția ei pentru arată ca

, (11)

,, (12)

și ecuația rafinată și soluția ei pentru , i.e. conform (12) –

, . (13)

Pe baza acestor relații și expresii (), (), se calculează valorile

, (14)

. (15)

Astfel, unda este într-adevăr o undă de suprafață, deoarece , , și se propagă de-a lungul graniței y =0în direcția axei z.

De remarcat că rezultatul (15) poate fi obținut și din relație

, (16)

(17)

care vă permite să analizați structura câmpului de undă corespunzătoare expresiilor (), ().

Într-adevăr, mărimea care descrie apăsarea câmpului de undă la limita mediului, conform (16), crește valoarea lui , ceea ce încetinește viteza de mișcare a frontului de fază al undei, iar mărimea care descrie înclinarea frontului de fază al undei la limita mediului (Fig. 3, motivul fizic al înclinării este că mediul absoarbe parțial energia undei) reduce valoarea, adică accelerează mișcarea frontul de fază al undei de-a lungul graniței.

Fig.3. Înclinarea frontului de undă până la limita mediului

Mai mult, pentru valorile acestor mărimi corespunzătoare expresiilor (), se compensează termenii cu cea mai mare valoare mică în () astfel încât

, (18)

și ca urmare, în partea reală din () rămân doar termeni proporționali cu pătratul acestei cantități mici. Înclinarea menționată mai sus a direcției de propagare a frontului de fază al undei până la limita mediului (Fig. 3), conform celor spuse, este un unghi mic.

. (19)

Expresiile (),(),() ne permit să estimăm extinderea câmpului undelor de suprafață în transversal (te iubesc) și longitudinal ( Lz)directii care sunt aproximativ egale

(20)

Aici, întinderea transversală mică a câmpului de undă în interiorul mediului nu este luată în considerare, egală conform ()

. (21)

(32)

Trebuie remarcat aici că tranzițiile valorilor fazei și ale vitezelor de grup ale undelor prin viteza c apar sub diferiți parametri de mediu. Având în vedere natura aproximativă a vitezelor introduse, nu există niciun motiv pentru a atașa vreo semnificație fizică valorilor specifice obținute ale parametrilor tranzitori ai mediului.

4. Viteza energiei

Viteza energiei, adică viteza de transmitere a undelor de energie [ , , ] poate fi calculată folosind următoarea formulă specificată aici:

, (33)

unde media în timp este fluxul longitudinal (de-a lungul axei z) de putere transferată de undă și este densitatea liniară a energiei pe unitatea de lungime deplasată împreună cu valul de-a lungul structurii de ghidare, adică limita plată (tot de-a lungul axei z). Această viteză de energie determinată cinematic se bazează pe teorema Umov-Poynting. Este aplicabil atât undelor care se propagă fără pierderi de energie, cât și undelor cu pierderi. Această definiție nu include energia disipativă și absorbită de mediu, care nu se propagă odată cu unda. În acest caz, se realizează un echilibru între energia transportată de val de-a lungul limitei mediului.

Pentru valul luat în considerare avem

, (34)

unde și sunt fluxuri parțiale de putere deasupra și dedesubtul planului y =0, care conform (), () sunt egale

(35)

și în mod corespunzător , unde la m avem

(36)

(37)

. (43)

Pe baza acestei expresii și formulei (), obținem pentru undele de suprafață considerate aici

, (44)

Unde - faza, iar la valori mici este, de asemenea, viteza energetică a unei unde lente de suprafață în direcția de mișcare a frontului de fază. Ca rezultat, pe baza () obținem

. (45)

În esență, calculul a folosit proprietatea undelor cu un front de fază plan, aplicabilă undelor plane și similare, și anume că înclinarea direcției de mișcare a frontului de fază în raport cu direcția de propagare a undei crește viteza de fază ( ), (), () și reduce viteza energiei (45) a undei.

Ca rezultat, avem că viteza energiei unei unde de suprafață este întotdeauna mai mică Cu, inclusiv cazul corespunzător undei Zenneck, pentru care vitezele de fază și de grup sunt mai mari Cu.

5. Discuția rezultatelor

Să discutăm despre versiuni cunoscute critic, pe baza cărora, s-ar părea, se poate argumenta că modelul teoretic al undelor de suprafață discutat mai sus nu descrie undele fizice de suprafață direcționate de granița unui mediu conductiv electric cu conductivitate ridicată în cazul în care vitezele de fază și/sau de grup sunt mai mari decât viteza luminii Cu.

După cum rezultă dintr-o altă metodă, neasimptotică, de reprezentare a câmpului sursă total sub forma unei expansiuni spectrale în termeni de unde naturale (în numere de unde transversale cu un spectru discret-continuu) a unei structuri de ghidaj deschise, aici sunt limitele mediul [ , , ], o astfel de expansiune în forma sa originală conține, pe lângă integrala unei unde de suprafață selectate, indiferent dacă este lentă sau rapidă. Această expansiune poate fi obținută fie direct pe baza teoriei unei probleme de valoare la graniță transversală singulară (într-un interval infinit) pe valori proprii și funcții proprii [, ], fie prin transformarea expansiunii Fourier integrale indicate în numerele de unde longitudinale într-un expansiunea numerelor de unde transversale. În al doilea caz, când conturul de integrare este deformat în planul complex al numerelor de undă, acest contur mătură în mod egal polii integrandului corespunzător atât undelor de suprafață lente cât și rapide [ , , ]. Astfel, unda de suprafață, atât lentă, cât și rapidă, este conținută în câmpul total excitat de sursă, dar se atenuează și dispare în asimptotice, unde rămâne doar câmpul undelor spațiale.

Concluzie

Undele luate în considerare sunt un tip special de unde de suprafață, a căror natură de suprafață, i.e. Dezintegrarea exponențială a câmpului de la limita mediului înalt conductiv luat în considerare în direcția transversală are loc aici nu din cauza lenții vitezei fazei sale în raport cu viteza undelor plane deasupra limitei mediului, care s-a dovedit a fi inutil aici, ci din cauza absorbției parțiale a energiei din acesta în timpul propagării undelor. Rezultatele prezentate arată că modelul considerat al unor astfel de unde de suprafață nu contrazice legile fizice. Prin urmare, nu există niciun motiv să ne îndoim că descrie undele fizice și când viteza lor de fază este mai mică c, și când – mai mult, iar viteza de „grup” general acceptată pentru ei, aparent, nu are o semnificație fizică clară.

Cu toate acestea, astfel de unde prezintă dezavantaje semnificative din punctul de vedere al utilizării lor în aplicații tehnice. În primul rând, ele sunt slab presate la limita mediului, adică. câmpul lor are o întindere suficient de mare în direcția transversală deasupra limitei, astfel încât pentru a le excita eficient poate fi necesară o sursă cu o deschidere verticală prea mare. În al doilea rând, viteza lor de fază este doar puțin diferită de viteza luminii Cu, prin urmare, orice, chiar și mici, nereguli în planul limitei mediului poate duce la împrăștierea câmpului de undă și la o creștere semnificativă a pierderilor de energie la propagarea de-a lungul limitei. În special, acest lucru poate apărea atunci când granița se abate de la plan, adică. în prezența curburii suprafeței sale. Analiza undelor de suprafață considerate pe o limită neregulată necesită cercetări speciale [,].

Pe de altă parte, atunci când se încearcă aplicarea undelor de suprafață, de exemplu, la limitele metalelor în aplicații tehnice, este necesar să se țină cont de faptul că suprafețele metalelor reale sunt de obicei acoperite cu pelicule de oxid cu o grosime de ordinul a fracțiuni de micron, micron sau câțiva microni (filme naturale) și de ordinul zecilor de microni (filme create artificial pentru protecția mecanică a suprafețelor metalice). În acest caz, este necesar să se utilizeze rezultatele unui model teoretic ușor diferit al sistemului de ghidare: o structură stratificată, cum ar fi substrat metalic - film dielectric (ținând cont în mod necesar de pierderile de energie din ele) - spațiu liber. Prezența unei pelicule poate afecta în mod semnificativ presiunea undei de suprafață în direcția creșterii acesteia și, în consecință, posibilitatea de a simplifica excitarea undei și o mai mare stabilitate a acesteia în ceea ce privește neregularitățile structurii.

Ca postfață a articolului, remarcăm că, în septembrie 2012, acest articol a fost transmis revistei UFN, care publicase anterior o serie de articole dedicate valului Zenneck și, în esență, a apărut o discuție pe această temă. Cu toate acestea, articolul nu a fost acceptat pentru publicare din cauza faptului că redacția UFN a decis „să nu accepte noi lucrări despre valurile Zenneck pentru a fi luate în considerare”. Ca urmare a acestui fapt, publicarea indicată a articolelor pe această temă în UFN s-a încheiat efectiv cu publicarea unui articol eronat.

Literatură

1.Barlow H. M., Wait J. R. // Electron. Scrisori. 1967.T.3. nr 9.P.396.

2.Shevchenko V.V. // Inginerie radio și electronică. 1969.T.14. nr 10.S.1768.

3., .: Golem Press, 1971).

17. Mandelstam L. I. Prelegeri de optică, teoria relativității și mecanică cuantică. M.: Nauka, 1972. P.420.431.

18. Zilbergleit A. S., Kopilevich Yu I. // Scrisori către ZhTP. 1979.T.5.Nr.8. p. 454.

19. Brekhovskikh L. M. Valuri în medii stratificate. M.: Editura. Academia de Științe a URSS, 1957.

20.Barlow H. M., Brown J. Unde de suprafață radio. Oxf.: Clarendon Press, 1962.

21. Şevcenko V.V.//Ecuaţii diferenţiale.1979.T.15. nr. 11. CU .2004 (ShevchenkoV.V.//Ecuaţii diferenţiale.1980.V.15. Nr. 11.P.1431).

22.Șevcenko V.V. // Izv. Universități – Radiofizică. 1971.T.14. Nr 5.P.768.

Dimensiune: px

Începeți să afișați de pe pagină:

Transcriere

1 Syomkin Sergey Viktorovich, Smagin Viktor Pavlovich EFECTE ELECTROMAGNETICE CAUZATE DE UNDELE DE SUPRAFAȚA MĂRII Adresa articolului: Articolul a fost publicat în ediția autorului și reflectă punctul de vedere al autorului (autorilor) cu privire la această problemă. Sursa Almanahul științei și educației moderne Tambov: Certificat, (59). C ISSN Adresa revistei: Conținutul acestui număr al revistei: Editura „Gramota” Informații despre posibilitatea publicării articolelor în revistă sunt postate pe site-ul editurii: Editorii pun întrebări legate de publicarea materialelor științifice care urmează să fie trimise la:

2 194 Editura „Gramota” Fig. 3. Competenţele de completare Dezvoltarea unui sistem informaţional de contabilizare a obiectelor unui sistem inteligent. S-a ales limbajul de programare PHP, deoarece acest limbaj de programare vă permite să creați pagini web dinamice și să le legați la o bază de date implementată în MySQL. Această abordare vă permite să plasați sistemul pe Internet și să îl accesați de oriunde, fără software suplimentar. Sistemul informatic dezvoltat pentru înregistrarea proprietății intelectuale contribuie la: - reducerea timpului alocat participării la elaborarea și implementarea unei politici unificate de brevet și licențiere a organizației; - redistribuirea volumului de muncă al angajaților organizației; - cresterea eficientei contabilitatii si controlului asupra inregistrarii proprietatii intelectuale si inregistrarea la timp a rapoartelor cu privire la acestea. Sistemul de informații pentru înregistrarea obiectelor de proprietate intelectuală permite stocarea și gestionarea convenabilă și fiabilă a datelor departamentului, capacitatea de a pregăti documente pentru depunerea unei cereri de înregistrare oficială a unui program de calculator sau a unei baze de date. Acest lucru va îmbunătăți semnificativ calitatea serviciilor pentru protecția și protecția proprietății intelectuale și va crește eficiența lucrului cu obiectele de proprietate intelectuală. Referințe 1. Centrul de informare științifică și tehnică din întreaga Rusie [resursă electronică]. URL: (data accesului:). 2. Proprietate intelectuală: marcă, invenție, brevetare, avocat în brevete, birou de brevete, Rospatent [Resursă electronică]. URL: (data accesului:). 3. Sergeev A.P. Drepturile de proprietate intelectuală în Federația Rusă: manual. M., p. 4. Institutul Federal de Proprietate Industrială [Resursă electronică]. URL: (data accesului:). UDC Științe fizice și matematice Serghei Viktorovich Semkin, Viktor Pavlovici Smagin Universitatea de Stat de Economie și Servicii din Vladivostok EFECTE ELECTROMAGNETICE CAUZATE DE UNDELE DE SUPRAFAȚA MĂRII 1. Introducere Apa de mare, așa cum se știe, este un lichid conductiv datorită prezenței ionilor cu semne diferite în aceasta. Conductivitatea sa electrică, în funcție de temperatură și salinitate, poate Syomkin S.V., Smagin V.P., 2012

3 ISSN Almanah al științei și educației moderne, 4 (59) schimbare pe suprafața oceanului în 3-6 Sym/m. Mișcările macroscopice ale apei de mare într-un câmp geomagnetic pot fi însoțite de apariția curenților electrici, care, la rândul lor, generează un câmp magnetic suplimentar. Acest câmp indus este influențat de o serie de factori diferiți. În primul rând, tipul de sursă hidrodinamică - valuri de suprafață a mării, valuri interne, curenți și maree, valuri lungi precum tsunami-urile etc. Un câmp electromagnetic indus poate fi creat și de alte tipuri de mișcare macroscopică a apei - unde acustice și surse artificiale - explozii subacvatice și valurile navei. În al doilea rând, acest câmp poate fi influențat de conductivitatea electrică a rocilor de pe fundul mării și de topografia fundului mării. De asemenea, se poate observa că o problemă asemănătoare calculării câmpului indus în mediul marin apare și în seismologie - mișcarea litosferei în câmpul magnetic al Pământului duce la apariția curenților induși. Una dintre direcțiile pentru studierea structurii spațio-temporale a câmpului indus este cazul când acesta este generat de o undă de suprafață bidimensională. Calculul câmpului electromagnetic indus de o undă de suprafață poate fi efectuat în diverse aproximări și pentru diverse modele ale mediului marin. Câmpul indus de valurile de suprafață mării în aproximarea unui ocean infinit de adâncime a fost calculat în lucrări, iar în lucrare au fost studiate teoretic câmpurile induse de valurile de vânt în zone de mică adâncime ținând cont de o adâncime variabilă finită. Un model hidrodinamic mai complex al valurilor mării - unde vortex cu o creastă finită - a fost luat în considerare. Adică, este posibil un număr semnificativ de opțiuni diferite pentru formularea problemei, în funcție de influența factorilor care trebuie luați în considerare. În această lucrare, studiem influența proprietăților electrice și magnetice ale rocilor de fund, și anume permeabilitatea lor magnetică și conductivitatea electrică, asupra câmpului electromagnetic indus. De obicei, studiul influenței proprietăților rocilor de fund asupra câmpului magnetic se limitează la luarea în considerare numai a conductivității lor electrice, deoarece rocile de fund, de regulă, nu au proprietăți magnetice pronunțate. Cu toate acestea, în zona de coastă a oceanului este foarte posibil ca și rocile de fund să aibă proprietăți magnetice. În plus, se dovedește [Ibid] că, pentru potențiala mișcare a fluidului, apariția curenților în rocile de fund este posibilă numai datorită efectelor de inducție - un termen din ecuațiile lui Maxwell. Iar eliminarea acestui termen (aproximare cvasi-statică) duce la faptul că câmpul indus nu depinde deloc de conductivitatea rocilor de fund. Prin urmare, vom lua în considerare această formulare a problemei determinării câmpului electromagnetic indus de o undă de suprafață, în care fundul are nu numai conductivitate electrică, ci și proprietăți magnetice, și vom lua în considerare și efectul autoinducției. 2. Ecuații de bază și condiții la limită Pentru a rezolva problema determinării câmpului electromagnetic indus de mișcarea apei mării în câmpul geomagnetic, se utilizează sistemul de ecuații Maxwell: (1) Relația dintre perechile de vectori și (ecuații materiale) precum și expresia pentru densitatea curentului sunt diferite în diferite medii . Vom presupune că în aer (mediul I) legătura dintre vectorii care caracterizează câmpul electromagnetic este aceeași ca în vid, și nu există curenți electrici și sarcini spațiale: (2) Vom considera apa de mare (mediu II) ca fiind omogene atât în ​​proprietăți hidrodinamice, cât și electromagnetice. Ecuațiile materiale din sistemul de coordonate în raport cu care fluidul se mișcă sunt descrise în. Presupunând că viteza de mișcare a apei este mică, iar câmpul magnetic indus este semnificativ mai mic decât câmpul geomagnetic, obținem: , (3) (4) unde și sunt permeabilitatea electrică și conductivitatea apei de mare. Să luăm în considerare problema sarcinilor electrice volumetrice din interiorul apei. Din ecuațiile (1), relația (3), legea lui Ohm (4) și condițiile de conservare a sarcinii electrice se obține: (5) Pentru cazul unui proces staționar, când și, soluția (5) are forma: unde este timpul caracteristic pentru stabilirea unei stări staţionare. La,. Aceasta înseamnă că orice proces hidrodinamic și hidroacustic stabilit poate fi

4 196 Editura „Gramota” să fie considerată stabilă în sens electrodinamic. Deoarece frecvențele ciclice nu depășesc nici măcar undele ultrasonice, putem presupune cu bună acuratețe că, astfel, cu potențiala mișcare a apei de mare (), nu există încărcături spațiale în apa de mare. Vom presupune că rocile de fund (mediul III) sunt un mediu omogen semi-infinit cu conductivitate, permeabilitate dielectrică și magnetică și, respectiv. Ecuațiile materiale și legea lui Ohm în acest mediu sunt următoarele: (6) Densitatea volumică a sarcinilor electrice în mediul III respectă o ecuație similară cu (5), dar cu partea dreaptă zero. Prin urmare, într-un mod periodic staționar. Timpul caracteristic pentru stabilirea echilibrului este de același ordin ca. După cum se arată în , condițiile la limită la limitele I-II și II-III au aceeași formă pentru viteze mici de mișcare a apei ca și pentru mediile staționare. Adică la limita I-II:, (7) La limita II-III:, (8) Densitățile de sarcină de suprafață nu sunt cunoscute dinainte și se găsesc la rezolvarea problemei. 3. Undă de suprafață bidimensională Considerăm o undă de suprafață bidimensională care se propagă în direcția axei (axa este îndreptată vertical în sus, iar planul coincide cu suprafața netulburată a apei). Vitezele particulelor lichide vor fi următoarele:, (9) - adâncimea mării., și sunt legate prin relația de dispersie (10) Să introducem unghiurile și care determină orientarea vectorului câmpului geomagnetic (în sistemul de coordonate original). ) după cum urmează: Adică este unghiul dintre verticală și vector , în funcție de latitudinea locului, și este unghiul dintre direcția de propagare a undei și proiecția vectorului pe planul orizontal. Vom căuta o soluție a sistemului (1) sub forma Înlocuind aceste expresii în (1), obținem: (11) (12) (13) (14) (15) ( () (16) ( (17) ( () (18) Ecuațiile (11)-(18) pot fi împărțite în două grupe: ecuațiile (11), (13), (16) și (18) pentru componente și ecuațiile (12), (14) , (15) și (17 ) pentru componente și. Rezolvăm ecuațiile celui de-al doilea grup după cum urmează și le exprimăm prin: iar ecuațiile pentru au forma Aici, Găsind soluția generală (20) și folosind (19). , obținem în mediul I: (19) (20)

5 ISSN Almanahul științei și educației moderne, 4 (59) în mediul II:, (21) (22) în mediul III:, (23) Pentru a determina coeficienții, și folosim condițiile la limită (7) și (8) Excluzând și, reducem sistemul la două ecuații pentru și pe care le scriem sub formă de matrice: () () () Rezolvând acest sistem, găsim coeficienții și prin care se exprimă componentele câmpului electromagnetic și. În mod similar, rezolvăm sistemul de ecuații (11), (13), (16) și (18) pentru componente, iar ecuațiile pentru au forma Componenta este exprimată din (19). Rezolvând (25) și folosind (23) și (19) găsim componentele în mediul I: în mediu II: (24) (25) (26) (27) în mediul III: Folosind condițiile la limită (7) și (8) ), obținem: (28) Prin urmare și. Astfel, în toate cele trei medii și ( (29) ( (30) Componenta are discontinuități la granițele dintre medii. Aceasta înseamnă că există sarcini de suprafață la granițe, ale căror densități sunt determinate din condițiile (7) și ( 8): (limită I -II) (31) (limită II-III) (32) Din soluția obținută rezultă că componentele densității curente și sunt egale cu zero în toate cele trei medii, ceea ce este în concordanță cu condiția de conservare de sarcină electrică Componenta și nu este egală cu zero.

6 198 Editura „Gramota” în ordinea mărimii este. Existența sarcinilor de suprafață care se schimbă periodic la prima vedere contrazice condiția: deoarece mediul nu este supraconductor, nu există curenți de suprafață, iar o modificare a sarcinii de suprafață poate fi asociată doar cu existența unei componente de curent de volum normală la graniță. . Valoarea acestei componente o vom afla din condiția de conservare a sarcinii. Astfel, raportul va fi de ordinul ca pentru apa de mare și frecvențele tipice ale valurilor de vânt. Adică, atunci când aruncăm, nu depășim acuratețea cu care sunt luate în considerare ecuațiile materiale (2), (4) și (6) și condițiile la limită (7) și (8). 4. Rezultatele calculului și concluziile Astfel, pentru o undă de suprafață bidimensională având o direcție arbitrară față de meridianul magnetic, am calculat componentele câmpurilor magnetice și electrice din toate mediile, precum și sarcinile electrice de suprafață pe fund și liber. suprafaţă. Influența proprietăților electrice și magnetice ale rocilor de fund asupra câmpului magnetic indus de unde se manifestă după cum urmează. Orez. 1 În fig. Figura 1 prezintă dependențele amplitudinilor componentelor egale deasupra suprafeței și (în unități) de perioada de undă pentru undele de aceeași amplitudine. Curba 2 corespunde cazului de fund nemagnetic și neconductor (,), curba 1 cazului de fund neconductor nemagnetic (,), curba 4 cazului de fund neconductor magnetic (, ), și curba 3 la cazul unui fund conducător magnetic (,). Toate curbele sunt calculate pentru caz. Se dovedește că pentru orice valoare a perioadei undei, câmpul indus crește monoton odată cu creșterea permeabilității magnetice a fundului și scade odată cu creșterea conductivității acestuia. Dependența câmpului magnetic de perioada undei poate fi fie monoton în creștere, fie având un maxim, în funcție de orientarea undei față de câmpul geomagnetic. Orez. 2

7 ISSN Almanahul științei și educației moderne, 4 (59) În Fig. Figura 2 prezintă dependențele câmpului magnetic indus (în aceleași unități ca în Fig. 1) de adâncimea mării (în kilometri) pentru valurile cu o perioadă de,. Curbele 1, 2, 3 și 4 corespund valorilor egale cu 1, 2, 10 și 100. Din rezultatele obținute se pot trage următoarele concluzii generale: 1. Sarcinile electrice volumetrice nu apar nici în apa de mare, nici în roci de fund conductiv în cazul potențialei mișcări ale apei de mare. 2. Sarcinile electrice de suprafață (30), (31) sunt determinate numai de componenta câmpului geomagnetic, de amplitudinea și frecvența undei și de adâncimea oceanului și nu depind de permeabilitatea magnetică și conductivitatea electrică a rocilor de fund. si apa de mare. 3. Componenta de-a lungul crestei a câmpului magnetic indus este zero în toate mediile. 4. Componenta de-a lungul crestei a câmpului electric indus este zero în aproximarea cvasi-statică, iar componentele și, precum sarcinile electrice de suprafață, nu depind de proprietățile electrice și magnetice ale apei și ale rocilor de fund. 5. Pentru toate valorile adâncimii oceanului și ale perioadei valurilor, mărimea câmpului magnetic indus crește monoton până la o valoare limită finală odată cu creșterea permeabilității magnetice a rocilor de fund și scade monoton odată cu creșterea conductibilității acestora. Referințe 1. Gorskaya E. M., Skrynnikov R. T., Sokolov G. V. Variațiile câmpului magnetic induse de mișcarea valurilor mării în ape puțin adânci // Geomagnetism and Aeronomy S. Guglielmi A. V. Ultra-low-frequency electromagnetic waves in the Earth’s crusta and magnetosphere T // Sommerfeld A. Electrodinamică. M., Savchenko V.N., Smagin V.P., Fonarev G.A. Probleme de electrodinamică marine. Vladivostok: VGUES, p. 5. Semkin S.V., Smagin V.P., Savchenko V.N. Câmp magnetic al unei undă infrasonică într-un ghid de undă oceanică // Geomagnetism și Aeronomie T S Semkin S.V., Smagin V.P., Savchenko V.N Generarea de perturbări de câmp magnetic în timpul unei explozii subacvatice. Fizica atmosferei și oceanului T S Smagin V. P., Semkin S. V., Savchenko V. N. Câmpuri electromagnetice induse de undele navelor // Geomagnetism și Aeronomie T S Sretensky L. N. Teoria mișcărilor ondulatorii ale fluidului. M.: Știință, p. 9. Fonarev G. A., Semenov V. Yu Câmpul electromagnetic al undelor de suprafață a mării // Studiul câmpului geomagnetic în apele mărilor și oceanelor. M.: IZMIRAN, S Fraser D. C. Câmpurile magnetice ale valurilor oceanice // Geophys. Jurnalul Regal Astron. Soc Vol P Larsen J. C. Câmpuri electrice și magnetice induse de maree de adâncime // Geophys. Jurnalul Regal Astron. Soc Vol. 16. P Pukhtyar L. D., Kukushkin A. S. Investigation of the Electromagnetic Fields Induced by Sea Motion // 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. The Induced Magnetic Field of Sea Waves // J. Geophys. Res Vol P Weaver J. T. Magnetic Variation Associated with Ocean Waves and Swell // J. Geophys. Res Vol P UDC 34 Științe juridice Victoria Vitalievna Sidorenko, Aigul Sharifovna Galimova Bashkir State University PROBLEMA EFICIENTĂȚII UTILIZĂRII TEMPULUI DE MUNCĂ Timpul de lucru este o categorie importantă în organizarea muncii într-o întreprindere. Reprezintă timpul în care salariatul, în conformitate cu reglementările interne de muncă și cu termenii contractului de muncă, trebuie să îndeplinească atribuții de muncă, precum și alte perioade de timp care, în conformitate cu legile și alte acte juridice, se referă la muncă. timp. Timpul de muncă este o măsură firească a muncii, existând în același timp ca o categorie cu mai multe fațete, deoarece Starea generală de sănătate și activitatea vitală a unei persoane depind de durata orelor de lucru. Durata și intensitatea timpului de lucru afectează în mod direct durata timpului de odihnă de care o persoană are nevoie pentru a se recupera, a cheltui energie, a-și îndeplini responsabilitățile familiale pentru educație etc. Prin urmare, respectarea cea mai strictă a legislației privind timpul de lucru este, în același timp, asigurarea celui mai important drept constituțional al omului – dreptul la odihnă. Reglementarea programului de lucru rezolvă probleme atât de importante precum: stabilirea posibilei participări a cetăţenilor la munca publică, asigurarea protecţiei muncii şi asigurarea dreptului la odihnă. Sidorenko V.V., Galimova A.Sh., 2012

Teoria liniilor de transmisie Propagarea energiei electromagnetice de-a lungul sistemelor de ghidare Un sistem de ghidare este o linie capabilă să transmită energie electromagnetică într-o direcție dată. Deci canalizarea

4. UNDE ELECTROMAGNETICE 4.. Ecuația de undă a unei unde electromagnetice Din ecuațiile lui Maxwell rezultă că câmpul electromagnetic poate exista fără sarcini electrice și curenți. La

Centrul de Asigurare a Calității în Educație Nume Grupa Institutului MODULUL: FIZICA (ELECTROMAGNETISM + OSCILAȚII ȘI UNDE (MODULUL 5 ȘI 6)) 1 Afirmații corecte 1) proprietățile magnetice ale magneților permanenți sunt determinate de

UDC 535.361 V. S. Gorelik, V. V. Shchavlev REFLEXIA UNDELOR ELECTROMAGNETICE DE LA INTERFATA A DOUA MEDII CU INDICI DE REFRACTIVITATE POZITIV SI NEGATIV Se obtin noi relatii pentru coeficienti

Undele electromagnetice. 1. Ecuația diferențială a undelor electromagnetice. 3. Energia undelor electromagnetice. Vectorul Umov-Poining. 4. Radiația dipolară. 1.

I..3 Proprietăţile de bază ale undelor electromagnetice. 1. Transversalitatea și ortogonalitatea vectorilor E r și H r Sistemul de ecuații lui Maxwell ne permite să descriem corect apariția și propagarea electromagnetică.

UDC 539. 25 SOLUȚIA EXACTĂ A PROBLEMEI INTERACȚIONĂRII UNDELOR NEOMGENE CU O FINITĂ PLATĂ Kh.B. Tolipov Analiza caracteristicilor unui câmp de undă împrăștiată este o problemă clasică a geofizicii, ultrasonice

EXEMPRE DE ÎNTREBĂRI DE TEST (părți) Ecuațiile lui Maxwell 1. Sistemul complet de ecuații lui Maxwell pentru câmpul electromagnetic are forma: Indicați consecințele căror ecuații sunt următoarele afirmații: în natură

MECANICA APLICATA SI FIZICA TEHNICA. 2006. V. 47, N- 3 43 UDC 551.466.3 PRIVIND TEORIA UNDELOR STAȚIONARE PE UN DEBUT ORIZONTAL CU UN PROFIL DE VELOCITATE LINEAR A. A. Zaitsev, A. I. Rudenko Atlantic

5 Unde ghidate O undă ghidată este o undă care se propagă pe o direcție dată Prioritatea direcției este asigurată de sistemul de ghidare 5 Proprietăți și parametri de bază ai undei ghidate

Inductanța cinetică a sarcinilor și rolul ei în electrodinamica clasică Mende F. F. Permeabilitatea dielectrică și magnetică a mediilor materiale sunt parametrii fundamentali care sunt incluși

Decembrie 1992 Volumul 162, 12 AVANZELE ȘTIINȚELOR FIZICE NOTE METODOLOGICE INTERFERENȚA COMPONENTELOR REACTIVE ALE CÂMPULUI ELECTROMAGNETIC A.A. Kolokolov, (Institutul de Fizică și Tehnologie din Moscova, Mașină-uneltă din Moscova

LUCRĂRI DE LABORATOR NR. 2.11 DETERMINAREA VITEZEI DE PROPAGARE A UNDELOR ELECTROMAGNETICE CU O LINIE CU DOUĂ FIRME Scopul lucrării Scopul acestei lucrări este studierea procesului de propagare a undelor electromagnetice

Metoda opțională de aproximări succesive pentru calcularea câmpurilor electromagnetice cvasi-staționare (această întrebare nu este în manuale) Dacă câmpurile electromagnetice se modifică lent în timp, atunci ecuațiile

Safronov V.P. 2012 CÂMPUL ELECTROMAGNETIC. ECUAȚIILE LUI MAXWELL - 1 - Capitolul 17 CÂMPUL ELECTROMAGNETIC Sistemul de patru ecuații Maxwell descrie complet procesele electromagnetice. 17.1. PRIMA PERECHE

4 OSCILAȚII ȘI UNDE ELECTROMAGNETICE Un circuit oscilator este un circuit electric compus din condensatoare și bobine în care este posibil un proces oscilator de reîncărcare a condensatoarelor

Câmp magnetic al unui conductor drept care transportă curent Informații teoretice de bază Câmp magnetic. Caracteristicile unui câmp magnetic La fel ca în spațiul din jurul sarcinilor electrice staționare,

1 CURTEA 21 Electrostatică. Câmpuri care se schimbă încet. ecuația lui Poisson. Rezolvarea ecuației Poisson pentru o sarcină punctiformă. Potențialul de câmp al unui sistem de sarcini. Intensitatea câmpului electric al unui sistem de sarcini.

1 Presiunea și impulsul undelor electromagnetice Presiunea unei unde electromagnetice pe suprafața unui conductor ideal 1. Undele electromagnetice, reflectate sau absorbite în corpuri, exercită presiune asupra acestora. Acest

CURTEA 21 Electrostatică. Câmpuri care se schimbă încet. Condiții ale câmpurilor care se schimbă încet. ecuația lui Poisson. Rezolvarea ecuației Poisson pentru o sarcină punctiformă. Potențialul de câmp al unui sistem de sarcini. Tensiune

W09 UNDELE ELECTROMAGNETICE. POLARITĂRI. Să trecem la considerarea caracteristicilor undelor electromagnetice în diferite medii. Vom folosi binecunoscutele ecuații Maxwell sub forma 1 B div D 0 rot E t (1)

Lecția 17 Subiect: Mișcare ondulatorie Undă electromagnetică Scop: Ecuația unei unde armonice care se deplasează Deplasare, fază, vector de undă Energia undei Vector Poynting-Umov Undă staționară Teorie scurtă Undă

1 1 Condiție pentru câmp cvasi-staționar Un câmp electromagnetic alternant cvasi-staționar este o modalitate aproximativă de a descrie câmpul electromagnetic în care curentul de deplasare poate fi neglijat în sistemul de ecuații

Khmelnik S.I. Nouă soluție a ecuațiilor lui Maxwell pentru o undă sferică Conținut. Introducere. Rezolvarea ecuațiilor lui Maxwell 3. Fluxuri de energie 4. Despre unda longitudinală 5. Concluzie Anexă Literatură Tabele

Prelegere semestrială Waves Waves. Ecuația unei unde plane monocromatice. Ecuația undelor. Întrebări. Val. Frontul de val. Suprafața valului. Unde transversale și longitudinale (exemple. Ecuația undelor plane.

TEMA 16 ECUAȚIILE LUI MAXWELL 161 Curentul de deplasare 162 Teoria unificată a fenomenelor electrice și magnetice a lui Maxwell Sistemul de ecuații al lui Maxwell 164 Explicații ale teoriei electrodinamicii clasice 165 Viteza de propagare

Subiect: Legile curentului alternativ Curentul electric este mișcarea ordonată a particulelor încărcate sau a corpurilor macroscopice. Variabila este un curent care își modifică valoarea în timp

1 7. Ecuațiile lui Maxwell și undele electromagnetice 7.1. Ecuațiile lui Maxwell Până acum am studiat ecuațiile lui Maxwell în fragmente mici. Acum este timpul să adăugați ultima parte și să le conectați pe toate împreună.

Electrostatică EXEMPLE DE ÎNTREBĂRI PENTRU TESTUL 1 (Partea 2) 1. Câmpul este creat de un fir infinit încărcat uniform cu o densitate de sarcină liniară +τ. Indicaţi direcţia gradientului de potenţial în punctul A. 2. Fiecare dintre

Condiția de potrivire a fazei de examen (continuare) Acest obstacol poate fi ocolit prin birefringență (doi indici de refracție diferiți într-un cristal).

Abrevieri: Definiție F-ka F-la - Pr - exemplu de formulă de definiție 1. Câmp electric 1) Proprietăți fundamentale ale sarcinii (lista) 2) Legea lui Coulomb (F-la, figura) 3) Vector intensitate electrică

LICEUL 1580 (LA MSTU DENUMIT DUPĂ N.E. BAUMAN) DEPARTAMENTUL „FUNDAMENTE DE FIZICĂ”, CLASA a XI-A, SEMESTRUL III 2018-2019 Anul Academic Opțiunea 0 Problema 1. Inel fin de plivire cu suprafața S = 100 cm R2 -,0 având rezistență .01

L17 Teoria câmpului electromagnetic a lui Maxwell se bazează pe următoarele principii: 1. Orice modificare a câmpului magnetic creează un vortex E în spațiul înconjurător. Orice modificare a câmpului electric (curent

Seminar 3 Unde electromagnetice Materialul principal al seminarului este prezentat în notele de curs despre optică Iată doar puncte suplimentare 1 O undă electromagnetică se propagă în vid componenta electrică

Eroare a lui Lorenz și a grupului Voronezh ANALIZA. Belyaev Viktor Grigorievici, oraș. Fastov. [email protected] Adnotare. Aplicarea oricăror transformări de coordonate la ecuațiile lui Maxwell în scopul demonstrării

Tema 3. Unde electromagnetice în materie. P.1. Unde electromagnetice în substanță P.2. Dispersia. P.3. Unde electromagnetice într-o substanță conductoare P.4. Dispersia si atenuarea undelor electromagnetice intr-un dielectric P.5. Polarizare 1 P.1. Unde electromagnetice în materie Problemă:

Mișcarea particulelor încărcate într-un câmp electric Informații teoretice de bază O sarcină Q plasată într-un câmp electrostatic de intensitate E este acționată de o forță Coulomb egală cu F QE Dacă intensitatea

Cursul 5 Propagarea undelor Reflectarea și refracția sunetului k k sin k os Când o undă sonoră ω cade pe interfața dintre două medii caracterizate prin viteza sunetului c și, respectiv, c, apare o undă reflectată

Jurnalul electronic „Proceedings of MAI”. Numărul 68 www.a.ru/scece/rudy/ UDC 537.87+6.37 Rezolvarea problemei împrăștierii pe corpuri cilindrice extinse ale diferitelor secțiuni Gigolo A. I. * Kuznetsov G. Yu ** Moskovsky

1 LUCRĂRI DE LABORATOR 38 STUDIAREA PROPRIETĂȚILOR UNDELOR ELECTROMAGNETICE Scopul lucrării: studierea proprietăților undelor electromagnetice și a metodelor de indicare a acestora. Introducere teoretică Maxwell a demonstrat teoretic (pe baza

Frecvența Langmuir și semnificația ei pentru fizica plasmei F F Mende Frecvența Langmuir este un parametru electrodinamic foarte important și reprezintă rezonanța curentului de deplasare și a curentului de conducție atunci când este suprapusă

OPȚIUNEA 1 1. În ceea ce privește câmpurile electrice statice, sunt adevărate următoarele afirmații: a) un câmp electrostatic acționează asupra unei particule încărcate cu o forță independentă de viteza particulei, b) linii de forță

Curs 11 Plan 1. Fenomene optice la interfața dintre medii: reflexia și refracția luminii polarizate la interfață. Formule Fresnel. 3. Efectul Brewster. 4. Schimbarea fazei undei luminoase când

Fizică generală. familie 2 Cursul 12 Unde electromagnetice (continuare) Schema cursului: 1. Intensitatea undelor electromagnetice. 2. Pulsul undelor electromagnetice. 3. Undă electromagnetică staționară. 4. Radiația

ȘTIINȚE FIZICE ȘI MATEMATICE UDC 5.9 GRAVITATEA DE SUPRAFAȚĂ UNDELE ELECTROCAPILARE PE UN STRAT CONDUCTOR LICHID Taktarov N.G. Egereva E.N. Universitatea de Stat Mordovian Saransk Cercetat

29 Condiții la interfața dintre două medii div(D) = ρ Pentru câmpul electric, ecuația lui Maxwell 1 B pentru D2n D1n = σ interfața dintre două medii se transformă în condiții la limită, E2τ E1τ unde n= n1 2, σ este suprafață

Cursul 8 Mici perturbații în gaze Să considerăm propagarea micilor perturbații într-un mediu Să fie descrisă starea de echilibru a mediului prin parametrii p V și abaterile de la aceste valori în fiecare punct din spațiu

Întrebări de bază ale examenului pentru partea 2 Basic. 1. Intensitatea electrică Principiul suprapunerii. 2. Potențial electric 3. Flux vectorial de tensiune. legea lui Gauss. 4. Electrostatic

1 Derivarea ecuațiilor pentru perturbațiile curgerii fluidului 1.1 Perturbații sub formă de unde care se deplasează Să scriem un sistem complet de ecuații de mișcare ale unui fluid vâscos incompresibil, constând dintr-o ecuație de continuitate și trei ecuații

Secţiunea I. Probleme inverse V.I Dmitriev. DESPRE UNICITATEA SOLUȚIEI LA PROBLEMA TRIDIMENSIONALĂ INVERSA A DETECȚIEI ELECTROMAGNETICE. Introducere. Întrebarea unicității soluției la problema inversă este o componentă importantă

Unde electromagnetice Existența undelor electromagnetice a fost prezisă teoretic de marele fizician englez J. Maxwell în 1864. Maxwell a analizat toate legile cunoscute la acea vreme

Capitolul 14 Ecuația lui Maxwell 115 Câmp electric vortex Un câmp magnetic variabil în timp generează un câmp electric E B, a cărui circulație este E dl B = E Bl dφ dl =, (1151) dt unde E Bl este proiecția

Ecuații Vlasov în conceptul de potențial scalar-vector F. F. Mende În prezent, ecuațiile Vlasov sunt ecuațiile de bază ale electrodinamicii plasmei în care câmpurile electromagnetice sunt auto-consistente

Khmelnik S.I. Undă electromagnetică într-un fir de curent alternativ Rezumat Se propune o soluție a ecuațiilor lui Maxwell pentru un fir de curent alternativ. Se are în vedere structura curenților și a fluxurilor de energie. Cuprins.

Efectul de suprafață nu tolerează o relație superficială I.4 Efectul pielii 1 Analiza calitativă Să luăm acum în considerare fizica efectului pielii. Dacă există un curent continuu într-un conductor omogen, atunci densitatea curentului

Modelarea fenomenelor fizice folosind sisteme de ecuații diferențiale obișnuite. Descrierea mișcării într-un câmp gravitațional folosind ecuații diferențiale obișnuite Fenomene fizice luate în considerare

Condensatorul circuitului oscilant este conectat la o sursă de tensiune constantă pentru o lungă perioadă de timp (vezi figura). La t = 0, comutatorul K este mutat din poziţia 1 în poziţia 2. Graficele A şi B reprezintă

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE STAT DE LA MOSCOVA DENUMITĂ DUPA NE BAUMAN ETAPA FINALĂ A CONCURSULUI ŞTIINŢIFIC ŞI EDUCAŢIONAL A OLIMPIADEI „PAS ÎN VIITOR” LA UN COMPLEX DE SUBIECTE „INGINERIE ŞI TEHNOLOGIE” EDUCAŢIONALĂ

Khmelnik S.I. Mai multe despre natura magnetismului terestru Rezumat O ipoteză despre natura magnetismului terestru este propusă și discutată. Cuprins. Introducere. Undă electromagnetică într-un condensator sferic 3. Magnetic

3. Lucrări de laborator 21 CERCETAREA CÂMPULUI ELECTROSTATIC Obiectivele lucrării: 1) studierea experimentală a câmpului electric cvasi-staţionar, realizarea unei imagini a suprafeţelor şi liniilor echipotenţiale.

1. Două sarcini pozitive q 1 și q 2 sunt situate în puncte cu vectori cu rază r 1 și r 2. Aflați sarcina negativă q 3 și vectorul rază r 3 a punctului în care trebuie plasată astfel încât forța care acționează asupra

Agenția Federală pentru Educație OU VPO Universitatea Tehnică de Stat Ural-UPI Inducție electromagnetică. Ecuațiile lui Maxwell Întrebări pentru controlul programat în fizică Ekaterinburg

PRELEȚIA 9 OSCILAȚIILE PLASMICE În prelegerile anterioare, au fost luate în considerare excitațiile elementare în sisteme care sunt în echilibru termodinamic. De exemplu, când au fost studiate superfluiditatea și supraconductibilitatea,

Introducere

Istoria cercetării undelor lungi și scurte

Propagarea undelor scurte

Proprietățile generale ale undelor radio.

Propagarea undelor radio de suprafață (sol).

Propagarea undelor radio spațiale.

Propagarea undelor miriametrice și kilometrice (ultra-lungi și lungi)

Propagarea undelor hectometrice (medii).

Propagarea undelor decametre (scurte).

Propagarea undelor mai scurte de 10 m (unde VHF și microunde)

Concluzie

Bibliografie

Introducere

La fel ca undele luminoase, undele radio pot călători pe distanțe lungi în atmosfera Pământului, practic fără pierderi, făcându-le purtătoare utile de informații codificate.

După apariția ecuațiilor lui Maxwell, a devenit clar că acestea prezic existența unui fenomen natural necunoscut științei - undele electromagnetice transversale, care sunt oscilații ale câmpurilor electrice și magnetice interconectate care se propagă în spațiu cu viteza luminii. Însuși James Clark Maxwell a fost primul care a subliniat comunității științifice această consecință din sistemul de ecuații pe care l-a derivat. În această refracție, viteza de propagare a undelor electromagnetice în vid s-a dovedit a fi o constantă universală atât de importantă și fundamentală încât a fost desemnată printr-o litera separată c, spre deosebire de toate celelalte viteze, care sunt de obicei desemnate prin litera. v.

În secolul al XX-lea, undele electromagnetice au început să intre ferm în viața oamenilor. Chiar înainte de război, aparatele de radio au apărut în apartamentele locuitorilor orașului, apoi televiziunile, care au devenit neobișnuit de răspândite în anii 60. În anii 90, radiotelefoanele, cuptoarele cu microunde, telecomenzile pentru televizoare, VCR-uri etc. au început să pătrundă în viața noastră de zi cu zi. Toate aceste dispozitive emit sau primesc unde electromagnetice.

Istoria cercetării undelor lungi și scurte

lungimea domeniului undelor radio electromagnetice

Undele radio includ unde electromagnetice, a căror frecvență este în intervalul de până la 3000 GHz = 3·1012 Hz. După cum se poate observa din figura de mai jos, ele ocupă o parte foarte modestă printre tipurile de radiații electromagnetice cunoscute de noi.

Până în prezent, omenirea a învățat să folosească undele electromagnetice până în gama ultravioletă pentru a transmite informații.

După cum știți, dezvoltarea undelor radio a început cu experimentele lui G. Hertz. El și-a efectuat experimentele pe valuri de până la 67 cm lungime și a demonstrat că au aceleași proprietăți ca și lumina. În sistemele de telegrafie fără fir implementate practic de A.S Popov și G. Marconi s-au folosit unde mai lungi. Acest lucru s-a făcut intuitiv: pentru a crește raza de acțiune a fost necesar să se emită oscilații electromagnetice de mare putere. Puterea mai mare putea fi obținută doar de la antene mai mari, iar antenele mari puteau emite doar lungimi de undă mari.

În primul rând, flota avea nevoie de comunicații wireless. Dimensiunea antenei de pe o navă era limitată de înălțimea catargelor și de distanța dintre ele. Prin urmare, valuri cu lungimea de 150 - 200 m au fost folosite pentru comunicare. Stațiile de coastă aveau catarge mai înalte și mult mai distanțate și, prin urmare, foloseau valuri de până la 1000 m.

Creșterea razei de acțiune a avut loc foarte rapid și nu numai în raza vizuală. Marconi a obținut rezultate deosebit de impresionante. Compania pe care a înființat-o, Wireless Telegraph and Signal Company Limited, avea fonduri suficiente, acolo lucrau mulți specialiști cunoscuți ai vremii, iar Marconi însuși se distingea prin energia sa ireprimabilă.

În 1896, a demonstrat echipamente cu o rază de comunicare de 3 km. Un an mai târziu au atins o rază de comunicare de 21 km. Peste încă un an și jumătate – 70 km. La începutul anului 1901 - 300 km. Și în decembrie 1901 G. Marconi a stabilit o legătură între Anglia și America de Nord la o distanță de aproximativ 3.700 km. Energia pe care Marconi a dezvoltat-o ​​în promovarea comunicațiilor radio poate fi judecată după faptul că a traversat Oceanul Atlantic de optzeci de ori.

Antena de transmisie (Fig. de mai sus), care asigură comunicații pe distanțe lungi, a ocupat multe sute de metri. Antena de recepție era un fir lung atașat de un balon. În general, în liniile de comunicație la distanță lungă, la capătul de recepție au fost apoi utilizate diverse antene, de exemplu, una rombica, așa cum se arată în figura de mai jos.

Puteți aprecia dimensiunea acestei antene comparând-o cu dimensiunea mobilierului din camera de serviciu de la primul etaj.

Doi ani mai târziu, s-a stabilit comunicarea cu America de Sud (10.000 km). Figura de mai jos arată cum s-a schimbat raza de comunicare realizată de-a lungul anilor.

Dar modul în care undele electromagnetice au trecut pe cealaltă parte a Pământului a fost complet neclar. La începutul experimentelor lor, atât Popov, cât și Marconi au presupus că undele radio, precum lumina, se propagă în linie dreaptă. Cu toate acestea, legătura stabilită de G. Marconi la 12 decembrie 1901 între New Foundland (Canada) și sud-vestul Angliei (distanța 3.700 km) i-a forțat pe cercetători să renunțe la ideea propagării liniare a undelor radio.

Acest fapt era departe de a fi explicat, iar experiența a arătat că pentru a obține o gamă mai mare, era necesară o lungime de undă mai mare. Și în al doilea deceniu al secolului al XX-lea, au început să construiască stații pentru comunicații transatlantice cu o putere de sute de kilowați, pe valuri cu o lungime de până la 15.000 - 20.000 m Este prezentată curba de dezvoltare a undelor radio lungi de mai jos. Până în 1920, lungimea de undă a atins 30.000 m și creșterea sa s-a oprit. Pe de o parte, acest lucru s-a explicat prin faptul că sistemele de antene deveneau prea greoaie. Pe de altă parte, frecvența joasă a undei electromagnetice (frecvența de oscilație cu lungimea de undă λ = 30000 m este egală cu f = c/λ = 3*108/3*104 = 104 Hz = 10 kHz) a permis transmiterea doar de joasă. -mesaje de frecventa.

Și nevoia de comunicații radio creștea. Prin urmare, au fost forțați să stăpânească intervalele de înaltă frecvență.

Dar o circumstanță a ieșit în cale. Sa stabilit experimental că undele scurte (mai scurte de 200 m) s-au propagat în linie dreaptă și nu au înconjurat Pământul și nu sunt potrivite pentru comunicare pe distanțe lungi. Prin urmare, acestea au fost considerate nepotrivite pentru comunicarea la distanță lungă și au fost date radioamatorilor. Iar radioamatorii au fost fericiți de această gamă și i-au întrecut curând pe profesioniști. În 1921 - 1923 Radioamatorii din America și Europa au blocat Oceanul Atlantic pe aceste valuri, cu putere redusă de transmisie, iar apoi au stabilit comunicații între continentele antipode.

Mișcarea radioamatorilor, abia apărută, a fost marcată de o descoperire fundamentală: comunicațiile radio cu unde scurte, realizate de emițătoare cu o putere de câțiva wați, au apărut și au rămas stabile un timp vizibil la distanțe inaccesibile stațiilor radio care funcționează în gama de unde lungi, deși puterea acestuia din urmă a ajuns la sute de kilowați. Acest fapt, fără precedent în istoria științei, a atras atenția multor specialiști asupra undelor scurte, iar studiul lor a început peste tot.

• Specialitatea Comisiei Superioare de Atestare a Federației Ruse01.04.03
• Număr de pagini 155

Partea I. UNDE MAGNETO-PLASMA DE SUPRAFAŢĂ LENTE ÎN SEMICONDUCTORI

Capitolul I. Bazele teoretice ale existenţei undelor electromagnetice de suprafaţă

1.1. Structura câmpului electromagnetic lângă suprafața unui semiconductor magnetizat

1.2. Teoria undelor lente de suprafață

Capitolul II. Metoda experimentala

2.1. Cerințe pentru metoda experimentală

2.2. Principii generale ale tehnicii

2.3. Setare experimentala

2.4. Despre tehnologia de măsurare

2.5. Opțiuni de eșantion

Capitolul III. Modul val de călătorie

3.1. Ideea de experiment

3.2. Studiul formei frontului de undă

3.3. Interferență cu undă lentă

3.4. Proprietățile de bază ale undei

3.5. Reflexia undei de la marginea planului ghidului de undă

3.6. Eficiența excitației undelor de suprafață

3.7. Conexiune val-suprafață

Capitolul IV. Propagarea prin ghid de undă a PMV

4.1. Experimentul decisiv

4.2. Formarea modului ghid de undă

4.3. Regiunea de existență a valurilor

4.4. Atenuarea undelor lente de suprafață

4.5. Efectul temperaturii asupra propagării undelor

Capitolul V. Regimul undelor staţionare

5.1. Model de mișcare ondulatorie

5.2. Rezonator plat Fabry-Perot

5.3. Dispersia undelor de suprafață

5.4. Structura câmpului ondulatoriu

5.5. Polarizarea undelor de suprafață

5.6. Helicon grinzi

Capitolul VI. Dispozitive bazate pe PMV lente

Partea a II-a. UNDE ELECTROMAGNETICE DE SUPRAFAȚĂ PE APĂ SĂRATĂ

Capitolul I. Revizuire analitică

1.1. Istoria cercetării

1.2. Analiza rezultatelor negative ale cercetării

1.3. Critica conceptului de L.I. Mandelintamma

1.4. O vedere modernă a valului Zenneck 1.5 Proprietățile valului Zenneck

Capitolul II. Căutare experimentală a valurilor

2.1. Metoda experimentala

2.2. Observarea valului Zenneck-Sommerfeld

2.3. PEV în picioare pe o suprafață plată de apă

2.4. Experimente cu valuri care călătoresc

2.5. Divergența radială a undei de suprafață

2.6. Structura câmpului vertical

2.7. Emițător PEV Zenneka

Capitolul III. Aplicații Zenneka PEV

3.1. Experimente de laborator în funcție de locație

3.2. Despre excitația SEW pe suprafața oceanului

3.3. Experimentul natural al lui Hansen

3.4. Despre metodologia unui experiment la scară largă

3.5. Comunicații radio maritime

3.6. radar PEV

Concluzii la partea a II-a. De ce nu a fost observat valul Zenneck în condiții naturale?

REZULTATE PRINCIPALE

Lista recomandată de dizertații

• Fenomene unde electromagnetice în plasmă de electroni în stare solidă închisă și neechilibrată 1998, doctor în științe fizice și matematice Popov, Vyacheslav Valentinovich

• Efectele transformării rezonante a polarizării undelor electromagnetice în structuri cu plasmă magnetoactivă de electroni bidimensionale 2001, candidat la științe fizice și matematice Teperik, Tatyana Valerievna

• Propagarea și emisia undelor electromagnetice într-o structură deschisă cu plasmă electronică bidimensională și o rețea metalică periodică 1998, candidat la științe fizice și matematice Polishchuk, Olga Vitalievna

• Procese ondulatorii și controlul radiațiilor electromagnetice în structuri de ghidare cu frecvență și dispersie spațială 2010, doctor în științe fizice și matematice Sannikov, Dmitri Germanovich

• Unde acustice și de spin în semiconductori magnetici, supraconductori și structuri stratificate 2009, doctor în științe fizice și matematice Polzikova, Natalya Ivanovna

Introducerea disertației (parte a rezumatului) pe tema „Noi tipuri de unde electromagnetice de suprafață în medii conducătoare”

În 1873, James Clerk Maxwell a formulat ecuațiile care îi poartă numele și a prezis existența undelor electromagnetice care se deplasează cu viteza luminii. Experimentele clasice ale lui Heinrich Hertz au observat unde electromagnetice în spațiul liber. Rezultatele acestor experimente au câștigat rapid faimă și recunoaștere în întreaga lume. Istoria studiilor undelor electromagnetice de suprafață care apar la interfața dintre două medii cu proprietăți dielectrice diferite nu a fost atât de simplă, cu adevărat dramatică.

Conceptul de „unde electromagnetice de suprafață” (SEW) a fost introdus în știință de către Arnold Sommerfeld, când în 1899 a luat în considerare problema unui curent axial într-un fir drept lung și a obținut soluții la ecuațiile lui Maxwell, a căror amplitudine scade rapid cu distanța. de la suprafața firului. Aceste soluții au fost interpretate de el ca SEW, poate prin analogie cu undele acustice de suprafață Rayleigh. Undele electromagnetice de suprafață au fost observate pentru prima dată experimental de R. Wood în 1902, în timpul împrăștierii electronilor într-o folie subțire de metal. Fenomenul nu a fost înțeles la acea vreme și a rămas cunoscut sub numele de „anomaliile lui Wood” până în anii 1960. În urma lui A. Sommerfeld, teoreticienii germani Kohn și Uller au stabilit că o interfață plată între un dielectric și un conductor bun are un efect de ghidare asupra propagării unei unde corporale și că SEW este posibil la o interfață plată cu pierderi mici.

În 1901, a avut loc un eveniment istoric: Guglielmo Marconi a făcut o transmisie radio peste Oceanul Atlantic la o frecvență de 30 kHz. Această descoperire uimitoare a dus la speculații despre mecanismul de propagare a undelor radio. La acel moment, existența ionosferei Pământului nu era încă bănuită, așa că nu a fost discutată posibilitatea unei comunicări radio la distanță lungă din cauza reflectării unui fascicul radio din ionosferă. În schimb, s-a sugerat că experimentele sale au stimulat un nou tip de undă radio - o undă de suprafață (SW).

Poate din acest motiv, studentul absolvent al lui Sommerfeld, Jacek Zenneck, a început să clarifice problema în 1907. El a subliniat legătura dintre cercetările lui Kohn și Uller cu problema propagării undelor radio pe suprafața pământului. În dezvoltarea rezultatelor lor, J. Zenneck a arătat că într-un mediu nu numai cu pierderi mici, ci și cu pierderi mari, ecuațiile lui Maxwell cu condițiile la limită corespunzătoare admit o soluție care poate fi numită undă de suprafață, dirijată de o interfață plană între două mass-media:

Hertz P-vector) 6 i.e. este o combinație de două valuri plane, dintre care una este localizată în aer, cealaltă în mediu. Dacă mediul are conductivitate finită, atunci a și P sunt complexe. Relația de dispersie pentru PV care se propagă de-a lungul interfeței dintre medii cu constante dielectrice 8 și e0 are forma k k,

2 &0 O unde k și co sunt vectorul de undă și frecvența undei; co-?

CO C c - viteza luminii în vid. Unda este „legată” de suprafață, viteza sa de fază este puțin mai mare decât viteza luminii într-un dielectric și depinde de proprietățile suprafeței subiacente. Zenneck credea că câmpul unui emițător real aflat la mare distanță de acesta ar avea aspectul undei pe care a găsit-o. Totuși, din lucrarea sa rezultă doar că soluțiile formei de mai sus sunt compatibile cu ecuațiile electrodinamicii, posibilitatea existenței PV, dar câmpul nu este în niciun caz legat de antenă, adică. Principalul punct al problemei radiațiilor nu a fost dezvăluit.

Prima teorie riguroasă a propagării undelor electromagnetice emise de un dipol situat pe o interfață plană între două medii omogene (pământ și aer) a fost dată de A. Sommerfeld într-o lucrare clasică din 1909. Un pas semnificativ înainte făcut de el a fost că el nu a considerat pământul un conductor ideal, iar atmosfera un izolator absolut și a atribuit fiecărei jumătăți o anumită constantă dielectrică și conductivitate finită.

Sommerfeld a arătat că câmpul electromagnetic emis de un dipol poate fi reprezentat ca suma unei unde de suprafață și de volum. El credea că la distanțe mari predomină SW și astfel a stabilit legătura dintre unda de suprafață și sursa de radiație. Cu alte cuvinte, a considerat că este dovedit că la distanțe mari câmpul de la o sursă punctuală este un Zenneck PV. Conceptul de PV Tsennek, susținut de autoritatea lui Sommerfeld, a fost aproape în general acceptat pentru o lungă perioadă de timp. S-a aplicat la interpretarea multor fenomene anormale observate în timpul propagării undelor radio, de exemplu la așa-numitele. „refracție de coastă”, când un val care călătorește peste mare este reflectat de la țărm.

Cu toate acestea, începând din 1919, în lucrările teoretice ale lui Weyl, Van der Pol, V.A Fock și alții, această concluzie a fost contestată și considerată eronată. A. Sommerfeld însuși, recunoscând inexactitățile din calcule, nu a considerat conceptul de undă de suprafață ca fiind eronat. Disputa dintre teoreticieni nu putea fi rezolvată decât prin experiment. Un astfel de experiment a fost efectuat pentru prima dată de Feldman în 1933, care a studiat propagarea undelor radio lângă suprafața Pământului (raza pământului) și nu a detectat SW. Barrow a încercat apoi în 1937 să detecteze unda de suprafață Zenneck prin unde radio excitante de pe suprafața Lacului Senneck din statul New York și, de asemenea, a eșuat. O serie de experimente la scară largă au fost efectuate în țara noastră sub conducerea academicienilor L.I Mandelstam și N.D. Papaleksi. Timp de câțiva ani, din 1934 până în 1941, a fost studiat câmpul de radiație al antenelor radio convenționale, a fost studiată propagarea undelor radio de-a lungul suprafeței pământului (pe uscat și pe mare), dar în niciun caz nu a fost observată o undă electromagnetică de suprafață Zenneck. . De atunci, în radiofizica rusă, opinia a fost ferm stabilită că este imposibil să excitați această undă cu emițători reali și că însuși conceptul de undă de suprafață Zenneck nu corespunde realității fizice.

A apărut o situație paradoxală: existența unei unde electromagnetice de suprafață decurge din ecuațiile lui Maxwell, dar nu este observată experimental. Astfel, validitatea ecuațiilor electrodinamice a fost pusă sub semnul întrebării. Dorința de a rezolva paradoxul l-a forțat pe autor să stabilească sarcina de a efectua cercetări independente în condiții de laborator. Rezultatul obținut confirmă corectitudinea lui Sommerfeld și Zenneck și elimină contradicția.

Ca urmare a evenimentelor descrise, interesul pentru undele electromagnetice de suprafață a scăzut foarte mult, iar în anii 40-50 practic nu au fost studiate. O renaștere a interesului pentru SEW a avut loc în anii 60 în legătură cu studiul interacțiunii radiațiilor cu materia, în principal cu solidele și plasma. Stern și Ferrell au fost aparent primii care au arătat că vârfurile observate în regiunea cu energie scăzută în timpul împrăștierii inelastice a electronilor rapizi într-o folie de metal (anomalia lui Wood) pot fi explicate prin excitarea plasmonilor de suprafață la interfața dintre metal și film de oxid care o acoperă. Experimentele lui Powell au confirmat predicțiile teoriei. Plasmonul de suprafață este descris de partea superioară a curbei de dispersie SEW, situată în apropierea frecvenței plasmei. (curba 4 din fig. 2)

În ultimii ani, undele electromagnetice de suprafață au fost studiate teoretic și observate experimental în diferite laboratoare din întreaga lume. În același timp, s-au făcut două concluzii semnificative. În primul rând, a fost dată o definiție clară a undei de suprafață: este o undă care se degradează exponențial pe măsură ce se îndepărtează de suprafața de-a lungul căreia se propagă. Distribuția câmpului de undă este cea mai bună dovadă a naturii sale de suprafață. În al doilea rând, se arată că o undă de suprafață poate fi considerată un tip caracteristic de vibrație pentru o suprafață dată. Excitarea PV este o problemă independentă și nu trebuie confundată cu condițiile de existență a valului. Deoarece viteza de fază a SEW este oarecum diferită de viteza luminii în aer, aceasta poate fi excitată folosind o undă corporală numai dacă este îndeplinită condiția de sincronism - egalitatea aproximativă a vitezelor de fază sau, mai precis, egalitatea componentelor vectori de undă în direcția de propagare. De aici rezultă că nu orice emițător poate excita o undă de suprafață. Conform conceptelor teoretice moderne, sunt posibile două cazuri (Fig. 1 din lucrare)

Regiunile de existență a SEV-urilor Fano și Zenneck

Tsennek 8 p o

1) cantitatea e-complex,0. Apoi pe interfață există așa-numitele Unde Fano cu viteza de fază 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) Mărimea complexului z, c" > -8o, c" > 0, . La interfața plată apare o undă Zenneck de suprafață cu viteza de fază V > c (linia dreaptă 6 în Fig. 2). Acest val nu fusese observat înainte de munca noastră. Interfața (curba 1 din Fig. 1) dintre regiunile de existență ale lui Fano și Zenneck este determinată de ecuația s

0 e0 unde 8=8" + 18"

Când trece de la o interfață plată la una curbată cu o rază mică de curbură, mai mică decât lungimea de undă, unda Zenneck se transformă într-o undă Sommerfeld. Acesta din urmă este descris de o altă ecuație de dispersie, mai complexă, incluzând funcțiile cilindrice Bessel și Hankel. Un grup de cercetători a reușit să excite o undă SEW Zenneck-Sommerfeld în domeniul microundelor în condiții de laborator, să-și demonstreze natura superficială și să-și măsoare principalele caracteristici.

O nouă etapă în studiul SEW în plasme gazoase și în stare solidă este asociată cu luarea în considerare a influenței unui câmp magnetic extern asupra mediului conductor. Într-un câmp magnetic, mediul conducător devine girotrop, apare o nouă caracteristică — frecvența de rotație a ciclotronului a purtătorilor, ceea ce duce la o modificare a proprietăților SEM-urilor cunoscute (Fig. 2). Plasmonul de suprafață (curba 4 din Fig. 2), de exemplu, este transformat în magnetoplasmon cu o viteză de fază puțin mai mică (câteva %). Se credea însă că influența câmpului magnetic nu era foarte semnificativă.

Autorul a stabilit experimental (împreună cu V.I. Baibakov) că într-un câmp magnetic constant proprietățile electrodinamice ale suprafeței unui mediu conducător se modifică dramatic. Acest lucru duce la apariția unei clase fundamental noi de unde electromagnetice de suprafață (curba 1 din Fig. 2). Ele există doar pe suprafața plasmei magnetizate, au proprietăți unice și se propagă cu viteze de fază mult mai mici decât viteza luminii în vid, fapt pentru care le-am numit unde magnetoplasme de suprafață lente (SMW). Uneori, în literatură, ele sunt numite eliconi de suprafață sau unde Baibakov-Datsko

Spectrul excitațiilor electromagnetice de suprafață 1-PMV lentă; 2-lumini in dielectric; 3-Unde Langmuir - plasmoni volumetrici; 4-plasmoni de suprafață în plasmă (polarite în dielectrici, magnoni în magneți); 5-unda fano; 6-Val Zenneck;

Teza constă din două părți Prima parte este dedicată undelor magnetoplasmei de suprafață lente în semiconductori, a doua parte este dedicată undelor electromagnetice de suprafață în apă sărată. Am descoperit PMV lente în solide în 1971. În timpul lor

După zece ani de studiu, a fost dezvoltată o tehnică de excitare, separare din câmpul mixt, identificarea și măsurarea principalelor caracteristici ale undelor electromagnetice de suprafață în condiții de laborator. Acest lucru a făcut posibilă în anii următori să se dovedească experimental existența unei unde electromagnetice de suprafață Sommerfeld-Zenneck.

PMV lent în 1p8b

Teoria PMV lente în plasmele semiconductoare a fost construită după descoperirea lor experimentală. Existența și proprietățile undelor magnetoplasmei de suprafață lente decurg din soluțiile ecuațiilor lui Maxwell scrise pentru un mediu conductor limitat cu condiții de limită adecvate și sunt descrise printr-o ecuație de dispersie de ordinul al patrulea. Teoria fenomenului a fost construită de un grup de teoreticieni din Harkov sub conducerea lui V.M. Principalele sale prevederi sunt următoarele.

Într-un câmp magnetic constant, proprietățile electromagnetice ale unui semiconductor sunt anizotrope. Dacă vectorul câmpului magnetic H este direcționat de-a lungul axei Ob, atunci constanta dielectrică a mediului este descrisă de tensorul girotrop 0

XX xy 0 xy yy

0 0 unde componentele off-diagonale corespund curentului Hall de înaltă frecvență.

Într-un semiconductor într-un câmp magnetic constant, există două unde electromagnetice volumetrice (obișnuit-anti-helicon și extra-ordinar-helicon, caracterizate prin direcția opusă polarizării circulare) cu caracteristici de propagare diferite. La frecvențe mult mai mici decât frecvența de coliziune a purtătorilor V, precum și plasma Jp și ciclotron coc (cu « Shp, coc, V) în condiția V « coc, undele extraordinare au o ușoară atenuare, iar semiconductorul se dovedește a fi. un mediu transparent pentru ei cu un indice de refracție efectiv mare. Cu toate acestea, niciuna dintre aceste unde nu poate fi de suprafață, deoarece nu îndeplinesc condițiile de limită de pe suprafața semiconductorului, care constau în continuitatea componentelor vectorului intensității câmpului magnetic al undei la interfață. Aceste condiții sunt îndeplinite pentru suprapunerea undelor obișnuite și extraordinare care alcătuiesc undele de magnetoplasmă de suprafață la interfață

11 de două tipuri: rapide (y ~ c), care în absența unui câmp magnetic extern se transformă în unde electromagnetice de suprafață cunoscute (plasmoni de suprafață) și lente (y ~ c) PMV, care nu există fără câmp magnetic.

Lasă semiconductorul să ocupe semi-spațiul<0 и граничит с вакуумом. Тогда, при условиях у « С0С; С22| » |8ху| » |£хх|:

8 XX £ 22 xy dispersia și regiunea de existență a undelor lente sunt determinate de relațiile

2 2 S SOZ în [£уу (1 + БШ 2 в) + 218ух БШ în

După simplificare (2) ia forma с = к2Нпс 2 ме

Ya0.ush@< О где 3 = а затухание:

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

5) unghiul dintre câmpul magnetic H 0 și vectorul de undă bidimensional k în planul de separare al mediilor, X2~componenta vectorului de undă în mediu, cofrecvență, c-viteza luminii în vid, n-concentrația purtătorilor de sarcină principali în semiconductor, sarcina e-electron .

Relația (2a) arată că PMV-urile lente au o lege de dispersie pătratică, relația (3) arată că propagarea undelor de-a lungul câmpului magnetic este imposibilă, adică. undele sunt oblice și există doar în două sectoare înguste. Relația (4) înseamnă că undele sunt nereciproce (unidirecționale) în raport cu direcția

12 câmp magnetic constant. Undele lente de magnetoplasmă de suprafață pot exista în următoarele medii:

1) într-un semiconductor monocomponent cu o concentrație de purtător relativ scăzută, când curentul de polarizare este mai mare decât curentul de conducție;

2) într-o plasmă solidă monocomponentă densă (curentul de polarizare este mic) cu o masă anizotropă de purtători; un lucru similar se observă, de exemplu, în semiconductori cu mai multe văi;

3) într-o plasmă densă monocomponentă cu electroni magnetizați și găuri nemagnetizate.

O diagramă a regiunii de existență a PMV lente într-un anumit semiconductor, antimoniură de indiu, este prezentată în Fig. 3. X

Fig.3. Regiunea teoretică de existență a undelor lente de suprafață în antimoniură de indiu (vedere de sus a suprafeței semiconductoarelor). e1 = 45°-60°, e2 = 135°-150°. Săgeata ondulată indică direcția câmpului magnetic

Am descoperit experimental PMV lente și le-am studiat în antimoniură de indiu, un semiconductor cu mobilitate ridicată a purtătorului (până la l

77000 cm /V.sec la T=ZOOK), în principal la temperatura camerei, în domeniul de frecvență 10 MHz - 2 GHz și în câmpuri magnetice de până la 30 kOe. Metoda experimentală dezvoltată de autor a făcut posibilă excitarea și primirea undelor lente și studierea proprietăților acestora în diferite moduri de propagare:

Undă staționară (rezonator plat Fabry-Perot);

Ghid de undă;

O undă plană care călătorește pe o suprafață liberă.

În această secvență experimentul a continuat în timp. Fiecare dintre aceste moduri a făcut posibilă determinarea acelor caracteristici ale undei care nu au putut fi obținute prin alte metode, reproducând

13 i-au crezut și i-au completat pe alții. Dovezile experimentale ale existenței unei noi clase de unde electromagnetice de suprafață se rezumă la următoarele fapte stabilite.

Regiunea de existență.

Figura 8 prezintă o diagramă a unuia dintre experimentele în care au fost observate unde care călătoresc de-a lungul unei suprafețe libere. Dependența puterii semnalului RF care trece de-a lungul suprafeței semiconductorului de orientarea câmpului magnetic este prezentată în Fig. 20. Se poate observa că pe suprafața unui semiconductor magnetizat există două direcții selectate în care se observă cea mai mare transmisie de semnal. Aceste direcții coincid cu sectoarele din zona teoretică de existență a PMV-urilor lente.

Lentoarea valului.

A fost înregistrat tipul de undă care se deplasează de-a lungul suprafeței într-o direcție selectată dată, la un anumit unghi față de câmpul magnetic (Fig. 18). Compararea lungimii sale X cu lungimea unei unde electromagnetice de aceeași frecvență în vid X0 arată că 103 I i.e. X « X0 și valul este lent.

Dispersia

Măsurând dependența lungimii de undă de frecvența și intensitatea câmpului magnetic, s-a stabilit că dispersia acesteia este pătratică și coincide cu cea teoretică, determinată de relația (2); curba de dispersie este prezentată în Fig. 43. Dispersia depinde de mărimea câmpului magnetic, adică. unda este magnetoplasmă.

Nereciprocitate

Numeroase experimente au stabilit că undele lente au propagare unidirecțională, ceea ce este confirmat, în special, de Figurile 17, 20. Propagarea unidirecțională a fost observată și în modul de propagare a ghidului lor de undă (Fig. 31). Modurile de ghidare de undă se formează atunci când suprafața semiconductorului este limitată de margini paralele normale cu câmpul magnetic. În acest caz, unda se propagă pe câmp.

Conexiune la suprafață

Direcțiile de propagare a undelor sunt determinate în mod unic nu numai de orientarea câmpului magnetic extern, ci și de orientarea normalei la suprafața semiconductorului. Acest efect de „atașare la suprafață” se manifestă în mod clar atunci când o undă este excitată pe planurile unei plăci de antimoniură de indiu magnetizate paralel cu planul său. Diagrama înregistrată experimental a direcțiilor de propagare a undelor pe planurile plăcii este prezentată în Fig. 28. Undele excitate pe planurile superioare și inferioare în conformitate cu orientarea normalelor față de aceste planuri rulează în direcții opuse una față de cealaltă.

Structura transversală a câmpului de undă

Distribuția câmpului este prezentată în Fig. 44. Se poate observa că câmpul undei de suprafață scade pe ambele părți ale suprafeței semiconductorului, dar maximul său nu este la suprafață, ci este deplasat adânc în mediu. O astfel de distribuție a amplitudinii este neobișnuită pentru undele de suprafață și nu se observă pentru alte unde de acest tip (unde electromagnetice de suprafață rapide, unde gravitațional-capilare pe suprafața unui lichid, unde acustice de suprafață). Deplasarea maximă a câmpului de undă sub suprafața semiconductorului este cauzată de particularitățile propagării undelor electromagnetice într-un mediu girotrop și se explică prin interferența a două unde parțiale care există în cea mai mare parte a semiconductorului (obișnuit și extraordinar. ) și au rate diferite de dezintegrare a câmpului adânc în semiconductor și sunt în antifază pe suprafața acestuia.

Atenuare

Pentru antimoniura de indiu intrinsecă la temperatura camerei și într-un câmp magnetic de 18 kOe, atenuarea este de 2,7 dB sau de 1,35 ori amplitudinea pe lungime de undă. În aceleași condiții, lungimea de undă în direcția câmpului magnetic este de ~7 mm (în direcția de propagare X-5 mm), deci atenuarea pe unitate de lungime este de aproximativ 0,4 dB/mm sau de două ori amplitudinea la o distanță de 10 mm. Pentru un PMV lent, atenuarea pe lungime de undă este constantă și nu depinde de frecvență.

Polarizare

Transmisia maximă a semnalului de-a lungul suprafeței probei (Fig. 46) se observă atunci când este instalat un radiator care excită unda TE (componenta H a câmpului este normală la suprafață), ceea ce corespunde teoriei PMV. Strict vorbind, unda este polarizată eliptic.

Semnificația științifică și practică a rezultatelor obținute constă în faptul că spectrul de oscilații electromagnetice de suprafață cunoscute ale domeniului de frecvență optică (plasmoni, polaritoni, magnoni) este completat de două noi ramuri: o undă magnetoplasmă de suprafață lentă și o undă Sommerfeld rapidă. Unda Zenneck, descoperită în gama HF și Microunde, care deschide o nouă direcție de cercetare HF în electrodinamica suprafeței.

Pe baza PMV-urilor lente, noi metode de studiere a suprafeței mediilor conductoare (metale, semiconductori, plasmă), metode de determinare a parametrilor semiconductorilor, diagnosticarea plasmei în stare solidă, precum și noi tipuri de senzori de câmp magnetic, dispozitive de inginerie radio pentru diverse scopuri, pot fi create dispozitive active cu microunde și magnetoplasmă TWT, elemente controlate ale sistemelor optice de procesare a informațiilor.

Semnificația cercetării se extinde dincolo de fizica stării solide. În ionosfera Pământului există condiții favorabile pentru propagarea undelor magnetoplasmei lente. Dacă sunt descoperite experimental, este posibil să se utilizeze PMV-urile pentru cercetare și influență activă asupra ionosferei Pământului, precum și pentru crearea unor canale de comunicații radio suplimentare.

O prioritate

Orice fenomen fizic nou trebuie discutat și recunoscut de comunitatea științifică, prin urmare este oportun să se furnizeze informații despre prioritatea și recunoașterea acestuia în Rusia și în străinătate.

Posibilitatea existenței PMV-urilor lente a fost teoretic fundamentată în articolul lui S.I. Khankina și V.M Yakovenko „Despre excitarea undelor electromagnetice de suprafață în semiconductori”, care a fost primit de editorii revistei „Solid State Physics” la 19 iulie. 1966. . Detectarea experimentală a undelor lente a fost raportată de V.I Baibakov și V.N Datsko în articolul prioritar „Unde de suprafață în ln8b”, primit de redactorii revistei „JETP Letters” la 17 ianuarie 1972.

După ce am publicat lucrările noastre principale, au apărut articole care au atins prioritatea și semnificația noului fenomen. De exemplu, lucrarea lui Fly și Queen a remarcat că „Baibakov și Datsko au prezentat rezultate experimentale care indică faptul că există o nouă undă de suprafață de joasă frecvență în plasma de găuri de electroni la temperatura camerei a HnSb”; A.B Davydov și V.A. Zakharov indică prioritatea lui S.I. Khankina și V.M. în cercetarea teoretică, iar V.I. Baibakova și V.N. În articolul lui E.A Kaner și V.M Yakovenko din revista „Advances in Physical Sciences” se observă că unda heliconului de suprafață, a prezis.

16 implicat în muncă a fost recent descoperit experimental de Baibakov și Datsko în antimoniură de indiu.”

Problema fiabilității fenomenului descoperit a fost larg discutată în literatura științifică; în discuţie s-a dovedit autenticitatea. Confirmarea experimentală independentă a fost opera lui G. Ruybis și R. Tolutis.

Unde electromagnetice de suprafață pe apă sărată

Orice sursă reală de câmp electromagnetic situată la interfața dintre două medii excită atât undele de suprafață, cât și cele de volum care le separă se dovedește a fi o sarcină experimentală dificilă. În experimentele noastre, SEW au fost observate în condiții de laborator pe suprafața apei cu salinitate variabilă (în principal 35%o) în intervalul de frecvență 0,7-6,0 GHz. Au fost folosite metode dezvoltate anterior pentru excitarea și studierea undelor de suprafață staționare și de călătorie.

În modul unde staționare, unda Sommerfeld-Zenneck (o modificare cilindrică a unui PV Zenneck plat) a fost observată pentru prima dată pe o coloană de apă sărată plasată între două foi de metal reprezentând un rezonator plat Fabry-Perot. Au fost măsurate dispersia și distribuția transversală a câmpului, indicând în mod clar natura suprafeței acestuia. O undă electromagnetică de suprafață a fost studiată și pe o suprafață plană de apă într-un rezonator de două plăci paralele plate scufundate în apă în condițiile rezonanței sale dimensionale. În același timp, PV a fost separat de câmpurile volumetrice și a fost măsurată structura de amplitudine.

În modul unde călătoare, folosind un emițător special proiectat, a fost posibil să se rupe radiația volumetrică de la suprafață și să o direcționeze în sus la un unghi mare față de orizont, eliberând astfel PV de amestecul câmpului volumetric. În radiația unei astfel de surse situate deasupra suprafeței apei, este detectată prezența unei unde care se propagă de-a lungul suprafeței, a cărei amplitudine scade odată cu distanța p până la emițător, ceea ce corespunde divergenței PV excitate de o sursă simetrică axial. Măsurătorile structurii verticale a câmpului în acest val au arătat că câmpul scade exponențial cu distanța de la suprafață, iar dependențele măsurate ale înălțimii de localizare de frecvență și salinitatea apei s-au dovedit a fi în bună concordanță cu calculele teoretice.

O analiză a rezultatelor singurului experiment cunoscut de noi (Hansen, SUA, 1974) privind propagarea unui câmp electromagnetic în intervalul decametrului (5-30 MHz), excitat de antene speciale, pe suprafața oceanului de-a lungul unei lungimi de cale. de 237 km a fost efectuat. Spre deosebire de Hansen, care a găsit o anomalie inexplicabilă în propagarea câmpului electromagnetic, am ajuns la concluzia că în experimentul său a fost excitat un amestec de unde de volum și de suprafață, iar calea în sine a selectat unde mai puțin amortizate. Am arătat că la frecvențe sub o anumită frecvență critică dependentă de salinitate (15 MHz în cazul lui Hansen), Zenneck PV este atenuat mult mai puțin decât fasciculul de sol. În consecință, la o frecvență peste 15 MHz, propagarea câmpului electromagnetic s-a produs sub forma unui fascicul de sol, iar la o frecvență sub 15 MHz, sub forma unui Zenneck PV, ceea ce explică anomalia. Datele relative de atenuare SW obținute din munca lui Hansen sunt în acord cu rezultatele măsurătorilor proprii de laborator.

Observarea și identificarea undei Zenneck în laborator este primul pas în studierea acestui fenomen. Următorul pas este să-l studiezi în condiții naturale. Am luat în considerare diverse aspecte ale propagării SW pe suprafața oceanului (curbura Pământului, influența valurilor) din punctul de vedere al posibilității de a crea noi canale de comunicații radio cu rază lungă de acțiune și un radar cu unde de suprafață Zenneck.

Materialul disertației este prezentat în următoarea secvență.

Partea I. PMV lente în semiconductori

Capitolul I examinează spectrul undelor electromagnetice normale de pe suprafața unui semiconductor magnetizat și conturează teoria unei unde magnetoplasmei de suprafață lentă.

Capitolul II descrie tehnica experimentală, configurația experimentală și parametrii probelor.

În capitolul III au fost studiate undele care se deplasează de-a lungul unei suprafețe libere, s-a găsit regiunea existenței lor, forma undei, nereciprocitatea propagării și dependența lungimii de unghiul dintre direcția de propagare a acesteia și orientarea acesteia. s-a stabilit câmpul magnetic, s-au separat unda de suprafață și eliconul subteran.

Capitolul IV este dedicat undelor de suprafață în structuri limitate (modul de propagare prin ghid de undă). S-a stabilit regiunea de existență a undei într-un câmp magnetic, s-a măsurat atenuarea și influența temperaturii asupra caracteristicilor de propagare și s-a demonstrat nereciprocitatea pronunțată și unidirecționalitatea propagării undelor în raport cu un câmp magnetic.

Capitolul V prezintă rezultatele unui studiu în modul unde staționare într-un rezonator de suprafață Fabry-Perot. Se ia în considerare modelul mișcării undei, se determină structura, dispersia și viteza acestuia. Este descris efectul unei concentrații neobișnuite a câmpului de undă de volum, formarea de fascicule helicon în volumul unui semiconductor, descoperit în timpul studiului PMF-urilor lente.

În capitolul VI, sunt propuse 12 dispozitive de inginerie radio care ar putea fi create pe baza undelor lente magnetoplasmei de suprafață.

Partea a II-a Unde electromagnetice de suprafață pe apă sărată

Capitolul I oferă o analiză a lucrărilor asupra undelor electromagnetice de suprafață fără câmp magnetic: sunt date punctele fundamental importante ale teoriei lui A. Sommerfeld; conceptul teoretic al lui L.I Mandelyptamma este revizuit critic; este prezentată o vedere modernă a undelor electromagnetice de suprafață; Sunt descrise proprietățile de bază ale undei Zenneck.

Teze similare la specialitatea „Radiofizică”, 04/01/03 cod VAK

• Excitații electromagnetice în conductori cu structură de bandă anizotropă 1984, candidat la științe fizice și matematice Savinsky, Serghei Stepanovici

• Regularități de formare a micro- și nanostructurilor ordonate în materie condensată sub excitarea laser a modurilor de polariton de suprafață 1999, doctor în științe fizice și matematice Soloviev, Oleg Viktorovich

Încheierea disertației pe tema „Radiofizică”, Datsko, Vladimir Nikolaevici

REZULTATE PRINCIPALE

1 S-a dovedit că unde electromagnetice de suprafață lentă (s) există într-un câmp magnetic la interfața dintre un mediu asemănător plasmei și un dielectric.

2 Spectrul oscilațiilor electromagnetice de suprafață este completat de o ramură de joasă frecvență: unde magnetoplasmei lente au fost descoperite și studiate în antimoniură de indiu la 200-400 K, în domeniile HF și microunde și în câmpuri magnetice de până la 30 kOe. Domeniul existenței este stabilit; dispersie; viteza de fază și atenuare, structura câmpului transversal; polarizare.

3 S-a stabilit că într-un semiconductor magnetizat, eliconul în vrac din apropierea suprafeței este transformat într-o undă de pseudosuprafață.

4 A fost dezvoltată o metodă experimentală pentru studierea magnetoplasmei lente de suprafață și a undelor electromagnetice rapide de pe suprafața mediilor conductoare.

5 S-a descoperit fenomenul „puncției electromagnetice”: într-o placă de antimoniură de indiu plasată într-un câmp magnetic normal cu planul său, câmpul electromagnetic de microunde, cu excitație neomogenă, se propagă în întreg volumul sub forma unei unde cu un câmp concentrat anormal. , diferit de cunoscutul helicon.

Au fost propuse 12 dispozitive bazate pe unde magnetoplasme de suprafață lente și au fost obținute două certificate de autor.

Vă rugăm să rețineți că textele științifice prezentate mai sus sunt postate doar în scop informativ și au fost obținute prin recunoașterea textului disertației originale (OCR). Prin urmare, ele pot conține erori asociate cu algoritmii de recunoaștere imperfect. Nu există astfel de erori în fișierele PDF ale disertațiilor și rezumatelor pe care le livrăm.