Pinta-sähkömagneettiset aallot

Pinta-aallot ovat aaltoja, jotka etenevät kahden väliaineen rajapinnalla ja tunkeutuvat näihin väliaineisiin aallonpituutta pienemmällä etäisyydellä. Pinta-aalloissa kaikki energia keskittyy rajapinnan kapealle alueelle, ja pinnan tila vaikuttaa merkittävästi niiden etenemiseen. Siksi pinta-aallot ovat tiedon lähde pinnan tilasta. Lisäksi kehon ja pinta-aaltojen vuorovaikutus voi johtaa erilaisiin pintavaikutuksiin, kuten harmonisten muodostumiseen, polarisaatiotason pyörimiseen heijastuksen yhteydessä ja niin edelleen. Pinta-aaltojen ominaisuuksia ihanteellisille pinnoille tutkittiin teoreettisesti jo kauan sitten, jo 1900-luvun alussa. Mutta he oppivat saamaan puhtaita pintoja kokeellisesti vasta 1900-luvun lopulla.

Vuonna 1901 Sommerfeld löysi erikoisratkaisuja Maxwellin yhtälöille - eksponentiaalisesti vaimennetuille aalloille, jotka etenevät kahden median välistä rajapintaa pitkin. Tuolloin hänen työhönsä ei kiinnitetty huomiota, uskottiin, että nämä olivat täysin eksoottisia esineitä. Vuonna 1902 Wood, tutkiessaan metallien diffraktiohilojen ominaisuuksia, havaitsi tietyillä taajuuksilla, että valon eteneminen poikkeaa diffraktiolaeista. Näitä poikkeamia kutsuttiin Woodin poikkeavuuksiksi. Vuonna 1941 Fano selitti nämä poikkeavuudet - energia menee pinta-aaltoiksi. Vuonna 1969 Otto ehdotti järjestelmää pinta-aaltojen virittämiseksi metallikalvossa prisman avulla. Vuonna 1971 Kretschmann ehdotti erilaista geometriaa samalle. Vuonna 1988 saksalaiset tutkijat Knoll ja Rothenhäusler ehdottivat ja toteuttivat pinta-aaltoihin perustuvan mikroskooppijärjestelmän.

Vähän teoriaa. Maxwellin yhtälöt väliaineessa

Materiaaliyhtälöt

Yleensä etsimme ratkaisua etenevien tasoaaltojen muodossa.

Kun tämäntyyppinen ratkaisu korvataan materiaaliyhtälöillä, saadaan, että  ja  riippuvat taajuudesta - ajallinen dispersio ja aaltovektori - spatiaalinen dispersio. Taajuuden ja aaltovektorin välistä suhdetta :n ja :n kautta kutsutaan dispersiorelaatioksi.

Tässä raportissa oletetaan, että  ei riipu taajuudesta ja = 1. Optisella taajuusalueella tämä ehto täyttyy melko hyvin. Koska  riippuu taajuudesta, se voi saada erilaisia ​​arvoja, myös negatiivisia.

Tarkastellaan ongelmaa tasaisen monokromaattisen aallon saapumisesta väliaineesta, jonka arvo on  1, jonkin aineen  2 ideaaliselle pinnalle.

P
Tässä tapauksessa seuraavat rajaehdot täyttyvät:

Ja
Näistä reunaehdoista tavanomaista ratkaisumuotoa korvattaessa saadaan tunnetut Fresnelin kaavat, Snellin laki jne.. Tällaisia ​​ratkaisuja ei kuitenkaan aina ole olemassa. Tarkastellaanpa tapausta, jossa väliaineen permittiivisyys on negatiivinen. Tämä tapaus toteutetaan tietyllä taajuusalueella metalleissa. Silloin etenevien aaltojen muodossa olevia ratkaisuja ei ole olemassa. Etsimme ratkaisuja pinta-aaltojen muodossa.

Korvaamalla tällainen esitys yhtälöihin ja reunaehtoihin * havaitsemme, että on olemassa TM (transverse-magnetic) -tyyppisiä aaltoja. Nämä ovat osittain pitkittäisiä aaltoja, sähkökenttävektorilla voi olla pitkittäinen komponentti.

D
Näiden aaltojen dispersiosuhteet voidaan saada myös reunaehdoista.

missä
- aaltovektori tyhjiössä. Taajuusriippuvuus esiintyy implisiittisesti myös funktioissa  1 () ja  2 ().

Joten mikä on metallien negatiivinen permittiivisyys? Metallien tärkeimmät optiset ominaisuudet määräytyvät elektronien ominaisuuksien perusteella. Metallien elektronit ovat vapaita, ne voivat liikkua sähkökentän vaikutuksesta. Lisäksi ne liikkuvat siten, että niiden luoma kenttä on vastakkainen ulkoisen sähkökentän suuntaan. Tästä tulee negatiivinen merkki. Siksi metallissa olevat elektronit suojaavat osittain ulkoista kenttää, ja se tunkeutuu metalliin syvyyteen, joka on paljon pienempi kuin aallonpituus. Kuitenkin, jos ulkoisen kentän taajuus on niin korkea, että elektronit eivät ehdi reagoida, metalli muuttuu läpinäkyväksi. Ominaistaajuutta, jolla tämä tapahtuu, kutsutaan plasman taajuus .

Tässä on yksinkertainen kaava - Druden kaava, joka näyttää metallin dielektrisyysvakion riippuvuuden taajuudesta.

missä  p on plasmataajuus,  on törmäystaajuus.

On myös mahdollista selittää sormilla, miksi pinta-aaltojen polarisaatio on juuri TM, jossa sähkökenttä on yhdensuuntainen pinnan kanssa. Elektronit eivät voi yksinkertaisesti poistua metallista, sitä varten on tehtävä työ (työtoiminto). Siksi, jos sähkökenttä on kohtisuorassa pintaan nähden, se ei johda pinta-aaltojen virittymiseen - elektronit menettävät energiaa potentiaaliesteellä - pinnalla. Lisäksi kenttä on muuttuva, ja se joko antaa energiaa elektroneille tai vie sitä pois, joten elektroni ei poistu pinnasta. Jos kenttä on yhdensuuntainen pinnan kanssa, se herättää elektronivärähtelyjä samaan suuntaan, missä ei ole potentiaaliestettä.

Ja esimerkiksi metallin pinta-aaltojen dispersiokäyrä. Kuvassa tämä on sininen käyrä. Punainen viiva on tyhjiön dispersiokäyrä.

Pääehto minkä tahansa aallon herättämiselle on vaihesovitus. Vaihesovitus on tulevan aallon ja pinta-aallon vaihenopeuksien yhtäläisyys. Dispersiokäyristä voidaan nähdä, että metallilevyssä on mahdotonta virittää pinta-aaltoja tyhjiöstä tulevalla aallolla. Pinta-aaltojen virittämiseen on kaksi tapaa - a) turhautunut sisäinen kokonaisheijastus ja b) resonanssirakenteiden luominen pinnalle.

A) Turhautunut sisäinen kokonaisheijastus tunnetaan myös optisena tunneliefektinä. Dielektrisellä rajalla, tulokulmassa, joka on suurempi kuin sisäisen kokonaisheijastuksen kulma, syntyy pinta-aaltoja, jotka sitten muunnetaan tilavuusheijastuneiksi aalloksi. Mutta kun vaihesovituksen ehdot täyttyvät rajapinnassa metallin kanssa, nämä aallot voidaan muuntaa metallilevyn pinta-aaltoiksi. Tämä ilmiö on pinta-aaltojen prismaherätyksen perusta.

B
) Resonanssirakenteilla tarkoitamme tässä jaksollisia rakenteita, joiden jakso on pinta-aaltojen aallonpituuden suuruusluokkaa. Tällaisissa jaksollisissa rakenteissa vaihesovitusehto muuttuu - , missä on käänteinen hilavektori. Pinta-aaltojen viritys johtaa Woodin poikkeavuuksiin - diffraktiohilan taivutetun valon intensiteetin muutokseen, joka poikkeaa standardista diffraktiolaista.

P pintaplasmonit virittyvät tietyissä valon tulokulmissa, ja rajalta heijastuneen valon intensiteetti riippuu erittäin voimakkaasti tulokulmasta. Tämä on niin kutsuttu plasmoniresonanssi. Kun pinnan ominaisuudet muuttuvat, muuttuu tulokulma, jossa tämä resonanssi havaitaan, joten tiettyyn tulokulmaan virittämällä voidaan havaita valon intensiteetin muutos. Mikroskoopin toiminta pintaplasmoneilla perustuu tähän vaikutukseen.

1 - laser

2 - polarisaattori

3 - koordinaattitaulukko

4 - prisma metallikalvolla

5 - kaukoputki

6 - valoilmaisin

Laser fokusoidaan hopeakalvon pinnalle, jolla tarkkailukohde sijaitsee. Koordinaattitaulukon avulla tulokulma valitaan siten, että se vastaa puhtaan metallin plasmoniresonanssia. Kalvon ominaisuuksien muuttuessa valon intensiteetti valodetektorissa muuttuu, ja tätä muutosta voidaan käyttää arvioitaessa kalvon paksuuden muutosta.

-
dielin muutoksen havaitseminen läpäisevyys kiinteällä kalvonpaksuudella

Paksuuden muutoksen tunnistus kiinteällä dielillä. läpäisevyys

Tässä ei kuitenkaan rikota epävarmuussuhdetta: toisaalta eri koordinaattia pitkin filmitasossa resoluutio on melko alhainen – laser fokusoituu noin 2 μm:n pisteeseen.

Ja
Toinen pinta-aaltojen sovellusalue on mahdollisuudet käyttää korkearesoluutioisessa optisessa litografiassa.

Fotoresist, jolle alkuperäisen kuva siirretään. Kuvan koko luokkaa 10 nm

Rei'itetty metallikalvo. Pinta-aaltojen tehokas viritys, joka kuljettaa tietoa alkuperäisen rakenteesta

Alkuperäinen on elektronisuihkulitografialla tuotettu korkearesoluutioinen kuva.

valoa

Elektronisuihkulitografialla on korkea resoluutio, mutta se vaatii kuvan peräkkäistä levitystä (rivi riviltä, ​​kuten televisiossa), mikä on erittäin pitkä teollisissa sovelluksissa. Jos tällainen kopiointimahdollisuus toteutetaan teollisessa mittakaavassa, se vähentää merkittävästi integroitujen mikrorakenteiden valmistuskustannuksia.

Bibliografia:

1. S.I. Valjanski. Mikroskooppi pintaplasmoneille, Soros Educational Journal, nro 8, 1999

2. M.N. Libenson Optisen alueen sähkömagneettiset pinta-aallot, Soros Educational Journal, nro 10, 1996

3. Rothenhäusler B., Knoll W. Pinta-plasmonimikroskoopia, luonto. 1988. Nro 6165. s. 615-617.

4. Syntynyt, susi " Optiikan perusteet luvussa "Metallien optiikka"

5. F.J. Garcia-Vidal, L. Martin-Moreno Valon läpäisy ja fokusointi yksiulotteisissa periodisesti nanorakenteisissa metalleissa, Phys. Rev. B 66, 155412 (2002)

6. N.A. Gippius, S. G. Tikhodeev, A. Krist, J. Kuhl, H. Giessen . Plasmoni-aaltoputkipolaritonit metalli-dielektrisissä fotoni-kide-kerroksissa, Solid State Physics, 2005, osa 47, no. yksi

2005.

Pinta-aallot ovat aaltoja, jotka etenevät kahden väliaineen rajapinnalla ja tunkeutuvat näihin väliaineisiin aallonpituutta pienemmällä etäisyydellä. Pinta-aalloissa kaikki energia keskittyy rajapinnan kapealle alueelle, ja pinnan tila vaikuttaa merkittävästi niiden etenemiseen. Siksi pinta-aallot ovat tiedon lähde pinnan tilasta. Lisäksi kehon ja pinta-aaltojen vuorovaikutus voi johtaa erilaisiin pintavaikutuksiin, kuten harmonisten muodostumiseen, polarisaatiotason pyörimiseen heijastuksen yhteydessä ja niin edelleen. Pinta-aaltojen ominaisuuksia ihanteellisille pinnoille tutkittiin teoreettisesti jo kauan sitten, jo 1900-luvun alussa. Mutta he oppivat saamaan puhtaita pintoja kokeellisesti vasta 1900-luvun lopulla.

Vuonna 1901 Sommerfeld löysi erikoisratkaisuja Maxwellin yhtälöille - eksponentiaalisesti vaimennetuille aalloille, jotka etenevät kahden median välistä rajapintaa pitkin. Tuolloin hänen työhönsä ei kiinnitetty huomiota, uskottiin, että nämä olivat täysin eksoottisia esineitä. Vuonna 1902 Wood, tutkiessaan metallien diffraktiohilojen ominaisuuksia, havaitsi tietyillä taajuuksilla, että valon eteneminen poikkeaa diffraktiolaeista. Näitä poikkeamia kutsuttiin Woodin poikkeavuuksiksi. Vuonna 1941 Fano selitti nämä poikkeavuudet - energia menee pinta-aaltoiksi. Vuonna 1969 Otto ehdotti järjestelmää pinta-aaltojen virittämiseksi metallikalvossa prisman avulla. Vuonna 1971 Kretschmann ehdotti erilaista geometriaa samalle. Vuonna 1988 saksalaiset tutkijat Knoll ja Rothenhäusler ehdottivat ja toteuttivat pinta-aaltoihin perustuvan mikroskooppijärjestelmän.

Vähän teoriaa. Maxwellin yhtälöt väliaineessa

Materiaaliyhtälöt

Kun tämäntyyppinen ratkaisu korvataan konstitutiivisilla yhtälöillä, saadaan, että e ja m riippuvat taajuus-aikadispersiosta ja aaltovektori-tiladispersiosta. Taajuuden ja aaltovektorin välistä suhdetta e:n ja m:n kautta kutsutaan dispersiorelaatioksi.

Tässä raportissa oletetaan, että m ei riipu taajuudesta ja = 1. Optisella taajuusalueella tämä ehto täyttyy melko hyvin. Koska e riippuu taajuudesta, se voi saada erilaisia ​​arvoja, myös negatiivisia.

Tarkastellaan ongelmaa tasaisen monokromaattisen aallon saapumisesta väliaineesta, jossa on e1, jonkin aineen e2 ideaaliselle pinnalle.

Näistä reunaehdoista tavanomaista ratkaisumuotoa korvattaessa saadaan tunnetut Fresnelin kaavat, Snellin laki jne. Tällaisia ​​ratkaisuja ei kuitenkaan aina ole olemassa. Tarkastellaanpa tapausta, jossa väliaineen permittiivisyys on negatiivinen. Tämä tapaus toteutetaan tietyllä taajuusalueella metalleissa. Silloin etenevien aaltojen muodossa olevia ratkaisuja ei ole olemassa. Etsimme ratkaisuja pinta-aaltojen muodossa.

Korvaamalla tällainen esitys yhtälöihin ja reunaehtoihin * havaitsemme, että on olemassa TM (transverse-magnetic) -tyyppisiä aaltoja. Nämä ovat osittain pitkittäisiä aaltoja, sähkökenttävektorilla voi olla pitkittäinen komponentti.

jossa Vacuum" href="/text/category/vacuum/" rel="bookmark">tyhjiö . Taajuusriippuvuus on myös implisiittinen e1(w)- ja e2(w)-funktioissa.

Joten mikä on metallien negatiivinen permittiivisyys? Metallien tärkeimmät optiset ominaisuudet määräytyvät elektronien ominaisuuksien perusteella. Metallien elektronit ovat vapaita, ne voivat liikkua sähkökentän vaikutuksesta. Lisäksi ne liikkuvat siten, että niiden luoma kenttä on vastakkainen ulkoisen sähkökentän suuntaan. Tästä tulee negatiivinen merkki. Siksi metallissa olevat elektronit suojaavat osittain ulkoista kenttää, ja se tunkeutuu metalliin syvyyteen, joka on paljon pienempi kuin aallonpituus. Kuitenkin, jos ulkoisen kentän taajuus on niin korkea, että elektronit eivät ehdi reagoida, metalli muuttuu läpinäkyväksi. Ominaistaajuutta, jolla tämä tapahtuu, kutsutaan plasman taajuus .

Tässä on yksinkertainen kaava - Druden kaava, joka näyttää metallin dielektrisyysvakion riippuvuuden taajuudesta.

DIV_ADBLOCK4">

Joten metallin pinta-aaltojen dispersiokäyrä. Kuvassa tämä on sininen käyrä. Punainen viiva on tyhjiön dispersiokäyrä.

Pääehto minkä tahansa aallon herättämiselle on vaihesovitus. Vaihesovitus on tulevan aallon ja pinta-aallon vaihenopeuksien yhtäläisyys. Dispersiokäyristä voidaan nähdä, että metallilevyssä on mahdotonta virittää pinta-aaltoja tyhjiöstä tulevalla aallolla. Pinta-aaltojen virittämiseen on kaksi tapaa - a) turhautunut sisäinen kokonaisheijastus ja b) resonanssirakenteiden luominen pinnalle.

a) Turhautunut sisäinen kokonaisheijastus tunnetaan myös optisena tunneliefektinä. Dielektrisellä rajalla, tulokulmassa, joka on suurempi kuin sisäisen kokonaisheijastuksen kulma, syntyy pinta-aaltoja, jotka sitten muunnetaan tilavuusheijastuneiksi aalloksi. Mutta kun vaihesovituksen ehdot täyttyvät rajapinnassa metallin kanssa, nämä aallot voidaan muuntaa metallilevyn pinta-aaltoiksi. Tämä ilmiö on pinta-aaltojen prismaherätyksen perusta.

b) Resonanssirakenteet tarkoittavat tässä jaksollisia rakenteita, joiden jakso on pinta-aaltojen aallonpituuden luokkaa. Tällaisissa jaksollisissa rakenteissa vaihesovitusehto muuttuu - , missä on käänteinen hilavektori. Pinta-aaltojen viritys johtaa Woodin poikkeavuuksiin - diffraktiohilan taivutetun valon intensiteetin muutokseen, joka poikkeaa standardista diffraktiolaista.

https://pandia.ru/text/78/325/images/image018_2.gif" align="left" width="85" height="72 src="> - dielektrisyysvakion muutosten havaitseminen kiinteällä kalvonpaksuudella

Paksuuden muutoksen tunnistus kiinteällä dielillä. läpäisevyys

Tässä ei kuitenkaan rikota epävarmuussuhdetta: toisaalta eri koordinaattia pitkin filmitasossa resoluutio on melko alhainen – laser fokusoituu noin 2 μm:n pisteeseen.

https://pandia.ru/text/78/325/images/image020_2.gif" width="155 height=70" height="70">

valoa

Elektronisuihkulitografialla on korkea resoluutio, mutta se vaatii kuvan peräkkäistä levitystä (rivi riviltä, ​​kuten televisiossa), mikä on erittäin pitkä teollisissa sovelluksissa. Jos tällainen kopiointimahdollisuus toteutetaan teollisessa mittakaavassa, se vähentää merkittävästi integroitujen mikrorakenteiden valmistuskustannuksia.

Bibliografia:

1. . Mikroskooppi pintaplasmoneille, Soros Educational Journal, nro 8, 1999

2. Optisen alueen sähkömagneettiset pinta-aallot, Soros Educational Journal, nro 10, 1996

3. Rothenhäusler B., Knoll W. Pinta-plasmonimikroskoopia, luonto. 1988. Nro 000. s. 615-617.

4. Syntynyt, susi " Optiikan perusteet luvussa "Metallien optiikka"

5. F.J. Garcia-Vidal, L. Martin-Moreno Valon läpäisy ja fokusointi yksiulotteisissa periodisesti nanorakenteisissa metalleissa, Phys. Rev. B66, 155

6. S. G. Tikhodeev, A. Krist, J. Kuhl, H. Giessen . Plasmoni-aaltoputkipolaritonit metalli-dielektrisissä fotoni-kide-kerroksissa, Solid State Physics, 2005, osa 47, no. yksi

Koko: px

Aloita impressio sivulta:

transkriptio

1 Syomkin Sergey Viktorovich, Smagin Viktor Pavlovich MEREN PINTAAALTOJEN AIHEUTTAMAT SÄHKÖMAGNEETTISET VAIKUTUKSET Artikkelin osoite: Artikkeli on julkaistu kirjoittajan painoksessa ja se heijastaa kirjoittajan/tekijöiden näkemystä tästä asiasta. Lähde Modernin tieteen ja koulutuksen almanakka Tambov: Diploma, (59). C ISSN Lehden osoite: Lehden tämän numeron sisältö: Gramota Publishing House Tietoa julkaisumahdollisuuksista lehdessä on saatavilla kustantajan verkkosivuilta: Tieteellisten aineistojen julkaisemiseen liittyvät kysymykset, toimittajat pyytävät lähetettäväksi vastaanottajalle:

2 194 Gramota Publishing House Kuva. 3. Kompetenssien täyttö Kehittää tietojärjestelmä henkisen järjestelmän objektien kirjanpitoon. PHP-ohjelmointikieli valittiin, koska tällä ohjelmointikielellä voit luoda dynaamisia verkkosivuja ja linkittää ne MySQL:llä toteutettuihin tietokantoihin. Tämän lähestymistavan avulla voit sijoittaa järjestelmän Internetiin ja käyttää sitä mistä tahansa ilman lisäohjelmistotuotteita. Kehitetty tietojärjestelmä immateriaalioikeuksien kirjanpitoon auttaa: - vähentämään aikaa, joka kuluu osallistumiseen organisaation yhtenäisen patentti- ja lisenssipolitiikan kehittämiseen ja toteuttamiseen; - organisaation työntekijöiden työtaakan uudelleenjako; - kirjanpidon tehostaminen ja teollis- ja tekijänoikeuksien rekisteröinnin sekä niitä koskevien raporttien oikea-aikaisen kirjaamisen tehostaminen. Immateriaalioikeuksien kirjanpidon tietojärjestelmä mahdollistaa osastotietojen kätevän ja luotettavan tallennuksen ja hallinnan, mahdollisuuden laatia asiakirjoja tietokoneohjelman tai tietokannan virallisen rekisteröintihakemuksen jättämistä varten. Tämä parantaa merkittävästi henkisen omaisuuden suojelun ja suojelun palvelujen laatua, tehostaa työskentelyä henkisen omaisuuden parissa. Viitteet 1. All-Russian Scientific and Technical Information Center [Elektroninen resurssi]. URL: (käyttöpäivä:). 2. Immateriaalioikeudet: tavaramerkki, keksintö, patentointi, patenttiasiamies, patenttitoimisto, Rospatent [Sähköinen resurssi]. URL: (käyttöpäivä:). 3. Sergeev A.P. Teollis- ja tekijänoikeuslaki Venäjän federaatiossa: oppikirja. Neiti. 4. Federal Institute of Industrial Property [Sähköinen resurssi]. URL: (käyttöpäivä:). UDC Fysiikka ja matematiikka Sergei Viktorovitš Semkin, Viktor Pavlovich Smagin Vladivostokin osavaltion kauppa- ja palveluyliopisto MEREN PINTAAALTOJEN AIHEUTTAMAT SÄHKÖMAGNEETTISET VAIKUTUKSET 1. Johdanto Meriveden tiedetään olevan johtavaa nestettä, koska siinä on erimerkkisiä ioneja. Sen sähkönjohtavuus lämpötilasta ja suolapitoisuudesta riippuen voi Syomkin S.V., Smagin V.P., 2012

3 ISSN Almanac of Modern Science and Education, 4 (59) vaihtelevat valtameren pinnalla 3-6 Sim/m. Meriveden makroskooppisiin liikkeisiin geomagneettisessa kentässä voi liittyä sähkövirtojen ilmaantumista, jotka puolestaan ​​synnyttävät ylimääräisen magneettikentän. Tähän indusoituneeseen kenttään vaikuttavat useat erilaiset tekijät. Ensinnäkin - hydrodynaamisen lähteen tyyppi - meren pinta-aallot, sisäiset aallot, virtaukset ja vuorovedet, pitkät aallot, kuten tsunamit jne. Indusoituneen sähkömagneettisen kentän voivat luoda myös muun tyyppiset makroskooppiset veden liikkeet - akustiset aallot ja keinotekoiset lähteet - vedenalaiset räjähdykset ja laivojen aallot. Toiseksi tähän kenttään voivat vaikuttaa pohjakivien sähkönjohtavuus ja merenpohjan topografia. Voidaan myös todeta, että meriympäristön indusoituneen kentän laskennan kaltainen ongelma syntyy myös seismologiassa - litosfäärin liike Maan magneettikentässä johtaa indusoituneiden virtojen ilmaantumiseen. Yksi indusoidun kentän aika-avaruuden rakenteen tutkimussuunnista on tapaus, jossa se syntyy kaksiulotteisen pinta-aallon avulla. Pinta-aallon indusoiman sähkömagneettisen kentän laskenta voidaan suorittaa erilaisissa approksimaatioissa ja erilaisille meriympäristön malleille. Työssä laskettiin meren pinta-aaltojen indusoima kenttä äärettömän syvän valtameren approksimaatiossa ja tässä työssä tutkittiin teoriassa tuulen aaltojen aiheuttamia kenttiä matalissa vesivyöhykkeissä ottaen huomioon äärellisen vaihtelevan syvyyden. Monimutkaisempi hydrodynaaminen malli meren aalloista - pyörreaaltoja, joissa on äärellinen harja, otettiin huomioon. Eli huomattava määrä erilaisia ​​vaihtoehtoja ongelman asettamiseen on mahdollista riippuen siitä, minkä vaikutuksen tietyt tekijät on otettava huomioon. Tässä artikkelissa tutkimme pohjakivien sähköisten ja magneettisten ominaisuuksien, eli niiden magneettisen läpäisevyyden ja sähkönjohtavuuden, vaikutusta indusoituneeseen sähkömagneettiseen kenttään. Yleensä pohjakivien ominaisuuksien vaikutuksen magneettikenttään tutkiminen rajoittuu vain niiden sähkönjohtavuuden huomioon ottamiseen, koska pohjakivillä ei yleensä ole selkeitä magneettisia ominaisuuksia. Meren rannikkovyöhykkeellä on kuitenkin täysin mahdollinen tilanne, jossa pohjakivillä on myös magneettisia ominaisuuksia. Lisäksi käy ilmi [Ibid.], että nesteen potentiaalisen liikkeen kannalta virtojen esiintyminen pohjakivissä on mahdollista vain induktiovaikutuksista johtuen - termi Maxwellin yhtälöissä. Ja tämän termin hylkääminen (kvasistaattinen approksimaatio) johtaa siihen, että indusoitu kenttä ei riipu ollenkaan pohjakivien johtavuudesta. Siksi harkitsemme tällaista pinta-aallon indusoiman sähkömagneettisen kentän määrittämisongelman muotoilua, jossa pohjalla ei ole vain sähkönjohtavuutta, vaan myös magneettisia ominaisuuksia, ja otamme myös huomioon itseinduktion vaikutuksen. . 2. Perusyhtälöt ja reunaehdot Meriveden liikkeen geomagneettikentässä indusoiman sähkömagneettisen kentän määritysongelman ratkaisemiseksi käytetään Maxwellin yhtälöjärjestelmää: (1) Vektoriparien ja (materiaaliyhtälöt) välinen suhde ja virrantiheyden lauseke ovat erilaisia ​​eri medioissa. Oletetaan, että ilmassa (väliaine I) sähkömagneettista kenttää kuvaavien vektorien välinen suhde on sama kuin tyhjiössä, eikä siinä ole sähkövirtoja ja avaruusvarauksia: (2) Merivettä (väliaine II) pidetään molempien homogeenisena. hydrodynaamisten ja sähkömagneettisten ominaisuuksien suhteen. Koordinaattijärjestelmän materiaaliyhtälöt, joiden suhteen neste liikkuu, on kuvattu. Ottaen huomioon, että veden nopeus on pieni ja indusoitunut magneettikenttä on paljon pienempi kuin geomagneettinen kenttä, saadaan: , (3) (4) missä ja ovat meriveden sähköinen läpäisevyys ja johtavuus. Harkitse kysymystä veden sisällä olevien sähkövarausten tilavuudesta. Yhtälöistä (1), relaatiosta (3), Ohmin laista (4) ja sähkövarauksen säilymisen ehdosta saadaan: (5) Kun kyseessä on kiinteä prosessi, kun ja ratkaisulla (5) on muoto: klo,. Tämä tarkoittaa, että mitkä tahansa vakaan tilan hydrodynaamiset ja hydroakustiset prosessit voivat olla

4 196 Gramota Publishing House on katsottava vakiintuneeksi myös sähködynaamisessa mielessä. Koska sykliset taajuudet eivät ylitä edes ultraääniaaltoja, voimme hyvällä tarkkuudella olettaa, että siten meriveden mahdollisen liikkeen () kanssa merivedessä ei ole avaruusvarauksia. Pohjakivien (väliaine III) oletetaan olevan puoliääretön homogeeninen väliaine, jolla on johtavuus, dielektrinen ja magneettinen permeabiliteetti ja vastaavasti. Materiaaliyhtälöt ja Ohmin laki tässä väliaineessa ovat seuraavat: (6) Sähkövarausten tilavuustiheys väliaineessa III noudattaa yhtälöä, joka on samanlainen kuin (5), mutta sen oikea puoli on nolla. Siksi kiinteässä jaksollisessa tilassa. Tyypillinen tasapainon muodostumisaika on samaa suuruusluokkaa kuin Kuten kuvasta näkyy, raja-olosuhteet rajoilla I-II ja II-III ovat samat pienille veden liikkeenopeuksille kuin paikallaan oleville väliaineille. Toisin sanoen rajalla I-II:, (7) Rajalla II-III:, (8) Pintavarausten tiheydet ja eivät ole tiedossa etukäteen ja ne löytyvät ongelmaa ratkaistaessa. 3. Kaksiulotteinen pinta-aalto Tarkastellaan kaksiulotteista pinta-aaltoa, joka etenee pitkin akselia (akseli on suunnattu pystysuunnassa ylöspäin, ja taso yhtyy häiriöttömän vedenpinnan kanssa). Nestehiukkasten nopeudet ovat seuraavat:, (9) - meren syvyys., ja ne liittyvät dispersiosuhteeseen (10) riippuen paikan leveysasteesta, ja - suunnan välisestä kulmasta. aallon eteneminen ja vektorin projektio vaakatasossa. Etsimme järjestelmän (1) ratkaisua muodossa Korvaamalla nämä lausekkeet lausekkeeksi (1), saamme: (11) (12) (13) (14) (15) ( () (16) ( (17) ( () (18) Yhtälöt (11)-(18) voidaan jakaa kahteen ryhmään: yhtälöt (11), (13), (16) ja (18) komponenteille ja yhtälöt (12), (14), (15) ja (17 ) komponenteille U. Ratkaisemme toisen ryhmän yhtälöt seuraavasti ja ilmaisemme: ja yhtälöillä on muoto

5 ISSN Almanac of Modern Science and Education, 4 (59) ympäristössä II:, (21) (22) ympäristössä III:, (23) Kertoimien määrittämiseen käytämme reunaehtoja (7) ja (8) Poissulkematta ja vähentämällä järjestelmä kahdeksi yhtälöksi ja jotka kirjoitamme matriisimuodossa: () () () Ratkaisemalla tämän järjestelmän, löydämme kertoimet, joiden kautta sähkömagneettisen kentän komponentit ja ilmaistaan. Samalla tavalla ratkaisemme yhtälöjärjestelmän (11), (13), (16) ja (18) komponenteille, ja yhtälöillä on muoto Komponentti ilmaistaan ​​arvosta (19). Ratkaisemalla (25) ja käyttämällä (23) ja (19) löydämme komponentit väliaineesta I: väliaineesta II: (24) (25) (26) (27) väliaineesta III: käyttämällä reunaehtoja (7) ja (8) ), saamme: (28) Tästä syystä ja. Siten kaikissa kolmessa väliaineessa ja ( (29) ( (30) Komponentissa on epäjatkuvuusvälien välisillä rajoilla. Tämä tarkoittaa, että rajoilla on pintavarauksia, joiden tiheydet määräytyvät ehdoista (7) ja ( 8): (raja I -II) (31) (raja II-III) (32) Saadusta ratkaisusta seuraa, että virrantiheyden komponentit ja ovat nolla kaikissa kolmessa väliaineessa, mikä on ehdon mukainen. komponentti ei ole yhtä suuri kuin nolla ja

6 198 Gramota Publishing House on suuruusluokkaa. Jaksottaisesti vaihtelevien pintavarausten olemassaolo ensi silmäyksellä on ristiriidassa ehdon kanssa: koska väliaine ei ole suprajohtava, pintavirtoja ei ole ja pintavarauksen muutos voidaan liittää vain rajaa kohti normaalin tilavuusvirtakomponentin olemassaoloon. . Tämän komponentin arvo saadaan selville varauksen säilymisehdon perusteella, joten suhde on suuruusluokkaa mikä merivedelle ja tyypillisille tuulen aaltojen taajuuksille on suunnilleen. Eli kun hylkäämme, emme ylitä tarkkuusrajoja, joilla konstitutiiviset yhtälöt (2), (4) ja (6) sekä rajaehdot (7) ja (8) otetaan huomioon. 4. Laskentatulokset ja johtopäätökset Näin ollen kaksiulotteiselle pinta-aallolle, jolla on mielivaltainen suunta suhteessa magneettiseen meridiaaniin, laskettiin magneetti- ja sähkökenttien komponentit kaikissa väliaineissa sekä pinnan sähkövaraukset pohjassa ja vapaassa. pinta. Pohjakivien sähköisten ja magneettisten ominaisuuksien vaikutus aallon indusoimaan magneettikenttään ilmenee seuraavasti. Riisi. 1 Kuvassa Kuvassa 1 on esitetty komponenttien amplitudien ja pinnan yläpuolella (yksiköissä) amplitudien riippuvuudet aaltojaksosta saman amplitudin aalloilla. Käyrä 2 vastaa ei-magneettisen ja johtamattoman pohjan tapausta (,), käyrä 1 - ei-magneettista johtavaa pohjaa (,), käyrä 4 - magneettista johtamatonta pohjaa (,), ja käyrä 3 - magneettisesti johtavan pohjan tapaukseen (,). Kaikki käyrät on laskettu tapaukselle Osoittautuu, että millä tahansa aaltojakson arvolla indusoitu kenttä monotonisesti kasvaa pohjan magneettisen permeabiliteetin kasvaessa ja pienenee sen johtavuuden kasvaessa. Magneettikentän riippuvuus aaltojaksosta voi olla joko monotonisesti kasvava tai maksimin omaava riippuen aallon orientaatiosta suhteessa geomagneettiseen kenttään. Riisi. 2

7 ISSN Modernin tieteen ja koulutuksen almanakka, 4 (59) Kuvassa 2 on esitetty indusoidun magneettikentän (samissa yksiköissä kuin kuvassa 1) riippuvuudet meren syvyydestä (kilometreinä) aalloilla, joiden jakso on,. Käyrät 1, 2, 3 ja 4 vastaavat arvoja, jotka ovat yhtä suuria kuin 1, 2, 10 ja 100. Saaduista tuloksista voidaan tehdä seuraavat yleiset johtopäätökset: 1. Volumetrisia sähkövarauksia ei esiinny merivedessä tai johtavissa pohjakivissä meriveden mahdollisen liikkeen tapauksessa. 2. Pinnasähkövaraukset (30), (31) määräytyvät vain geomagneettisen kentän komponentin, aallon amplitudin ja taajuuden sekä meren syvyyden perusteella, eivätkä ne riipu pohjakivien ja meriveden magneettisesta läpäisevyydestä ja sähkönjohtavuudesta. 3. Indusoidun magneettikentän pitkin harjanteinen komponentti on nolla kaikissa väliaineissa. 4. Indusoidun sähkökentän harjanteen suuntainen komponentti on kvasistaattisessa approksimaatiossa nolla, ja komponentit ja, kuten pinnan sähkövaraukset, eivät ole riippuvaisia ​​veden ja pohjakivien sähköisistä ja magneettisista ominaisuuksista. 5. Kaikilla valtameren syvyyden ja aaltojakson arvoilla indusoidun magneettikentän suuruus kasvaa monotonisesti äärelliseen raja-arvoon pohjakivien magneettisen läpäisevyyden kasvaessa ja vähenee monotonisesti niiden johtavuuden kasvaessa. Viitteet 1. Gorskaya E. M., Skrynnikov R. T., Sokolov G. V. Meren aaltojen liikkeen aiheuttamat magneettikentän vaihtelut matalassa vedessä // Geomagnetismi ja aeronomia S Guglielmi A. S T. Ultra-matalataajuiset sähkömagneettiset aallot maankuoressa ja U/SommerfeldN magnetosfäärissä A. Elektrodynamiikka. M., Savchenko V. N., Smagin V. P., Fonarev G. A. Meren sähködynamiikan kysymyksiä. Vladivostok: VGUES, s. 5. S. V. Semkin, V. P. Smagin ja V. N. Savtšenko, "Infraääniaallon magneettikenttä valtameren aaltoputkessa", Geomagn. Magneettikentän häiriöiden syntyminen vedenalaisen räjähdyksen aikana // Izvestiya RAN. Ilmakehän ja valtamerten fysiikka TS Smagin VP, Semkin SV, Savchenko VN Laivaaaltojen indusoimat sähkömagneettiset kentät // Geomagnetismi ja aeronomia TS Sretensky LN Aallon nesteliikkeiden teoria. M.: Nauka, s. 9. Fonarev G. A., Semenov V. Yu. Meren pinta-aaltojen sähkömagneettinen kenttä // Geomagneettisen kentän tutkimus merien ja valtamerien vesissä. M.: IZMIRAN, S Fraser D. C. Valtameren aaltojen magneettikentät // Geophys. Lehti Royal Astron. Soc Vol P Larsen J. C. Syvänmeren vuorovesien aiheuttamat sähkö- ja magneettikentät // Geophys. Lehti Royal Astron. Soc Voi. 16. P Pukhtyar L. D., Kukushkin A. S. Meren liikkeen aiheuttamien sähkömagneettisten kenttien tutkiminen // 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 Oikeustiede Victoria Vitalievna Sidorenko, Aigul Sharifovna Galimova Bashkir State University TYÖAJAN KÄYTÖN TEHOKKUUDEN ONGELMA Työaika on tärkeä luokka työn organisoinnissa yrityksessä. Se edustaa aikaa, jonka työntekijän on sisäisten työmääräysten ja työsopimuksen ehtojen mukaan suoritettava työtehtäviä, sekä muita ajanjaksoja, jotka lakien ja muiden säädösten mukaan liittyvät työaika. Työaika on luonnollinen työn mitta, vaikka se on olemassa monitahoisena kategoriana, koska Työajan pituudesta riippuu henkilön yleinen terveydentila ja elintoiminto. Työajan kesto ja intensiteetti vaikuttavat suoraan siihen, kuinka pitkään ihminen tarvitsee lepoa palauttaakseen voimia, kuluttaakseen energiaa, täyttääkseen perhevastuunsa kasvatustyössä jne. Siksi työaikalainsäädännön tiukin noudattaminen on samalla tärkeimmän perustuslaillisen ihmisoikeuden - oikeuden lepoon - turvaamista. Työajan säätely ratkaisee sellaiset tärkeät tehtävät kuin: kansalaisten mahdollisen osallistumisen luominen sosiaaliseen työhön, työsuojelun varmistaminen, lepo-oikeuden takaamisen noudattaminen. Sidorenko V. V., Galimova A. Sh., 2012

Siirtolinjojen teoria Sähkömagneettisen energian eteneminen ohjausjärjestelmiä pitkin Ohjausjärjestelmä on linja, joka pystyy siirtämään sähkömagneettista energiaa tiettyyn suuntaan. Kanavointia siis

4. SÄHKÖMAGNEETTISET AALLOT 4.. Sähkömagneettisen aallon aaltoyhtälö Maxwellin yhtälöistä seuraa, että sähkömagneettinen kenttä voi olla olemassa ilman sähkövarauksia ja virtoja. klo

Koulutuksen laadunvarmistusinstituutin laitos Ryhmän nimi MODUULI: FYSIIKKA (SÄHKÖMAGNETISMI + VÄRINNÄT JA AALLOT (MODUULI 5 JA 6)) 1 Tosi väitteet 1) Kestomagneettien magneettiset ominaisuudet johtuvat

UDC 535.361 V. S. Gorelik ja V. V. Shchalev SÄHKÖMAGNEETTISTEN AALTOJEN HEIJASTAMINEN KAHDEN VÄLINEN LIITTYMISESTÄ POSITIIVISILLA JA NEGATIIVISILLÄ TAITTEIDEN KERTOILLA Uusia suhteita kertoimille

Elektromagneettiset aallot. 1. Sähkömagneettisen aallon differentiaaliyhtälö Sähkömagneettisten aaltojen perusominaisuudet. 3. Sähkömagneettisten aaltojen energia. Umov-Poining-vektori. 4. Dipolisäteily. yksi.

I..3 Sähkömagneettisten aaltojen perusominaisuudet. 1. Vektorien E r ja H r transversiteetti ja ortogonaalisuus

UDC 539. 25 TARKKA RATKAISU EPÄHOMOGEENISTEN AALTOJEN VUOROVAIKUTUKSEEN LIITTEEN RAJAN KANSSA Kh.B. Tolipov Haja-aaltokentän ominaisuuksien analyysi on klassinen geofysiikan ongelma, ultraääni

TESTIN VAKIOKYSYMYKSET (h.) Maxwellin yhtälöt 1. Täydellinen Maxwellin yhtälöjärjestelmä sähkömagneettista kenttää varten on muotoa: Ilmoita mitkä yhtälöt johtavat seuraaviin väittämiin: luonnossa

SOVELLETTU MEKANIIKKA JA TEKNISET FYSIIKKA. UDC 551.466.3 KIINTEÄIDEN AALTOJEN TEORIAAN HORISONTAALISESSA VIRTAUSSA LINEAARILLA NOPEUSPROFIILILLA A. A. Zaitsev, A. I. Rudenko Atlantic

5 Ohjatut aallot Ohjattu aalto on aalto, joka etenee tiettyä suuntaa pitkin. Suunnan prioriteetin antaa ohjausjärjestelmä 5 Ohjatun aallon pääominaisuudet ja parametrit

Varausten kineettinen induktanssi ja sen rooli klassisessa sähködynamiikassa Mende F. F. Materiaalien dielektrinen ja magneettinen läpäisevyys ovat perusparametreja, jotka otetaan mukaan

Joulukuu 1992 Volume 162, 12 MENESTYS FYSIKAALISET TIEDET MENETELMÄT HUOMAUTUKSET SÄHKÖMAGNEETTISEN KENTÄN REAKTIIVISTEN KOMPONENTTIEN HÄIRIÖT А.А. Kolokolov, (Moskovan fysiikan ja tekniikan instituutti, Moskovan työstökone

LABORATORIOTYÖ N:o 2.11 SÄHKÖMAGNEETTISTEN AALTOJEN LEVYNOPOPEUDEN MÄÄRITTÄMINEN KAKSIJOHDINJOHJALLA Työn tarkoitus Tämän työn tarkoituksena on tutkia sähkömagneettisen säteilyn etenemisprosessia

Valinnainen Peräkkäisten approksimaatioiden menetelmä kvasistationaaristen sähkömagneettisten kenttien laskemiseksi (tätä kysymystä ei ole oppikirjoissa) Jos sähkömagneettiset kentät muuttuvat hitaasti ajassa, yhtälöt

Safronov V.P. 2012 SÄHKÖMAGNEETTIKENTTÄ. MAXWELLIN YHTÄLÖT - 1 - Luku 17 SÄHKÖMAGNEETTINEN KENTTÄ Neljän Maxwellin yhtälön järjestelmä kuvaa täysin sähkömagneettisia prosesseja. 17.1. ENSIMMÄINEN PARI

4 SÄHKÖMAGNEETTISET VÄRINNÄT JA AALLOT Värähtelypiiri on kondensaattoreista ja keloista koostuva sähköpiiri, jossa kondensaattorien värähtelyprosessi on mahdollista.

Suoraviivaisen johtimen magneettikenttä virralla Teoreettiset perustiedot Magneettikenttä. Magneettikentän ominaisuudet Aivan kuten paikallaan olevia sähkövarauksia ympäröivässä tilassa,

1 LUENTTO 21 Sähköstaattinen. Hitaasti vaihtuvia kenttiä. Poissonin yhtälö. Poisson-yhtälön ratkaisu pistevaraukselle. Maksujärjestelmän kentän potentiaali. Varausjärjestelmän sähkökentän intensiteetti.

1 Sähkömagneettisten aaltojen paine ja liikemäärä Sähkömagneettisen aallon paine ihanteellisen johtimen pinnalla 1. Kappaleissa heijastuneet tai absorboituneet sähkömagneettiset aallot kohdistavat niihin painetta. Tämä on

LUETTO 21 Sähköstaattinen. Hitaasti vaihtuvia kenttiä. Hitaasti muuttuvien kenttien olosuhteet. Poissonin yhtälö. Poisson-yhtälön ratkaisu pistevaraukselle. Maksujärjestelmän kentän potentiaali. jännitystä

W09 SÄHKÖMAGNEETTISET AALLOT. POLARITONIT. Siirrytään tarkastelemaan sähkömagneettisten aaltojen ominaisuuksia eri ympäristöissä. Käytämme tunnettuja Maxwell-yhtälöitä muodossa 1 B div D 0 rot E t (1)

Oppitunti 17 Aihe: Aaltoliike Sähkömagneettinen aalto Tarkoitus: Liikkuvan harmonisen aallon yhtälö Siirtymä, vaihe, aaltovektori Aaltoenergia Poynting-Umov-vektori Seisova aalto Lyhyt teoria Aalto

1 1 Kentän kvasistationaarisuus

Khmelnik S.I. Maxwellin yhtälöiden uusi ratkaisu palloaaltolle Sisällysluettelo. Johdanto. Maxwellin yhtälöiden ratkaisu 3. Energiavirrat 4. Pitkittäisellä aallolla 5. Johtopäätös Liite Viitteet Taulukot

Lukukausi Luento Waves Waves. Tasomonokromaattisen aallon yhtälö. aaltoyhtälö. Kysymyksiä. Aalto. Aaltorintama. aallon pinta. Poikittais- ja pituusaallot (esimerkkejä. Tasoaaltoyhtälö.

AIHE 16 MAXWELLIN YHTÄLÖT 161 Siirtymävirta 162 Maxwellin yhtenäinen teoria sähköisistä ja magneettisista ilmiöistä Maxwellin yhtälöjärjestelmä 164 Klassisen sähködynamiikan teorian selitykset 165 Etenemisnopeus

Aihe: Vaihtovirran lait Sähkövirtaa kutsutaan varattujen hiukkasten tai makroskooppisten kappaleiden järjestetyksi liikkeeksi. Muuttuvaa virtaa kutsutaan, joka muuttaa arvoaan ajan myötä

1 7. Maxwellin yhtälöt ja sähkömagneettiset aallot 7.1. Maxwellin yhtälöt Toistaiseksi olemme tutkineet Maxwellin yhtälöitä pienissä fragmenteissa. Nyt on aika lisätä viimeinen osa ja koota ne kaikki yhteen.

Sähköstaattiset VAKIOKYSYMYKSET TESTIIN 1 (osa 2) 1. Kenttä luodaan äärettömällä tasaisesti varautuneella kierteellä, jonka varaustiheys on lineaarinen +τ. Ilmoita potentiaaligradientin suunta pisteessä A. 2. Jokainen

Tentti Vaihesovituksen ehto (jatkoa) Tämä este voidaan ohittaa kahtaistaitteisuuden vuoksi (kaksi erilaista taitekerrointa kiteessä. Tosiasia on, että kaksi

Lyhenteet: Odef F-ka F-la - Pr - määritelmän sanamuoto esimerkki 1. Sähkökenttä 1) Varauksen perusominaisuudet (luettelo) 2) Coulombin laki (F-la, kuva) 3) Sähkön vektori

LYCEUM 1580 (Moskovan valtion teknillinen yliopisto nimeltä N.E. BAUMAN) LAITOS "FYSIIKAN PERUSTEET", 11. luokka, 3. lukukausi 2018-2019 LUKUVUOSI Vaihtoehto 0 Tehtävä 1. Rikkaruoan kitkeminen pinta-alalla S = 101 cm.

L17 Maxwellin sähkömagneettisen kentän teoria perustuu seuraaviin säännöksiin 1. Mikä tahansa muutos magneettikentässä synnyttää ympäröivään tilaan pyörteen E. Mikä tahansa muutos sähkökentässä (virta)

Seminaari 3 Sähkömagneettiset aallot Seminaarin päämateriaali esitetään optiikkaa käsittelevässä luentomuistiinpanossa Tässä on vain lisäpisteitä

Lorentzin ja Voronežin ryhmän virhe ANALYYSI. Beljajev Viktor Grigorjevitš, vuoret. Fastov. [sähköposti suojattu] Huomautus. Mahdollisten koordinaattimuunnosten soveltaminen Maxwellin yhtälöihin todistamiseksi

Aihe 3. Sähkömagneettiset aallot aineessa. P.1. EMW aineessa P.2. Dispersio. P.3. EMW johtavassa aineessa P.4. EMW:n dispersio ja vaimennus dielektrissä P.5. Polarisaatio 1 P.1. EMW asiaan Ongelma:

Varautuneiden hiukkasten liike sähkökentässä Teoreettinen perustieto Coulombin voima, joka on yhtä suuri kuin F QE, vaikuttaa varaukseen Q, joka on sijoitettu sähköstaattiseen voimakenttään E Jos voimakkuus

Luento 5 Aallon eteneminen Äänen heijastus ja taittuminen k k sin k os

Sähköinen aikakauslehti "Proceedings of MAI". Numero 68 www.a.ru/scece/rudy/ UDC 537.87+6.37 Eri osien laajennettujen lieriömäisten kappaleiden aiheuttaman sirontaongelman ratkaisu Gigolo AI * Kuznetsov G. Yu. ** Moskovsky

1 LABORATORIOTYÖ 38 SÄHKÖMAGNEETTISTEN AALTOJEN OMINAISUUKSIEN TUTKIMUS Työn tarkoitus: sähkömagneettisten aaltojen ominaisuuksien ja niiden osoittamismenetelmien tutkiminen. Teoreettinen johdanto Maxwell osoitti teoreettisesti (perustuu

Langmuir-taajuus ja sen merkitys plasmafysiikassa Ф Ф Mende

VAIHTOEHTO 1 1. Staattisten sähkökenttien osalta seuraavat väitteet pitävät paikkansa: a) sähköstaattinen kenttä vaikuttaa varautuneeseen hiukkaseen voimalla, joka ei riipu hiukkasen nopeudesta, b) voimalinjat

Luento 11 Suunnitelma 1. Optiset ilmiöt välineiden välisessä rajapinnassa: polarisoidun valon heijastus ja taittuminen rajapinnassa .. Fresnel-kaavat. 3. Brewster-efekti. 4. Muutos valoaallon vaiheessa klo

Yleinen fysiikka. perhe 2 Luento 12 Sähkömagneettiset aallot (jatkuu) Luentosuunnitelma: 1. Sähkömagneettisten aaltojen intensiteetti. 2. Sähkömagneettisten aaltojen impulssi. 3. Seisova sähkömagneettinen aalto. 4. Säteily

FYSIKAALISET JA MATEMAATISET TIETEET UDC 5.9 PINTAGRAVITAATIOSÄHKÖKAPILLAAARIAALLOT NESTEKOHDEKERROSLLA Taktarov N.G. Egereva E.N. Mordovian valtionyliopisto, Saransk

29 Kahden median välisen rajapinnan ehdot div(D) = ρ

Luento 8 Pienet häiriöt kaasuissa Tarkastellaan pienten häiriöiden etenemistä väliaineessa Kuvataan väliaineen tasapainotila parametreilla p V ja poikkeamilla näistä arvoista kussakin avaruuden pisteessä

Peruskokeen kysymykset osalle 2 Basic. 1. Sähköinen jännitys Superpositioperiaate. 2. Sähkön potentiaali 3. Jännitysvektorin vuo. Gaussin laki. 4. Sähköstaattinen

1 Yhtälöiden johtaminen nestevirtauksen häiriöille 1.1 Häiriöt liikkuvien aaltojen muodossa

Osa I. Käänteiset ongelmat VI Dmitriev. SÄHKÖMAGNEETTISEN LUOTTAMUKSEN KOLMIULOTTEINEN KÄÄNTEISOHJELMAN RATKAISUN AINUTLAATUUDESTA. Johdanto. Kysymys käänteisongelman ratkaisun ainutlaatuisuudesta on tärkeä komponentti

Sähkömagneettiset aallot Sähkömagneettisten aaltojen olemassaolon ennusti teoreettisesti suuri englantilainen fyysikko J. Maxwell vuonna 1864. Maxwell analysoi kaikki siihen mennessä tunnetut lait

Luku 14 Maxwellin yhtälö 115 Pyörteen sähkökenttä Ajassa muuttuva magneettikenttä synnyttää sähkökentän E B, jonka kierto on E dl B = E Bl dφ dl =, (1151) dt missä E Bl on projektio

Vlasovin yhtälöt skalaarivektoripotentiaalin käsitteessä F. F. Mende Vlasovin yhtälöt ovat tällä hetkellä plasmasähködynamiikan perusyhtälöt, joissa sähkömagneettiset kentät ovat itsestään johdonmukaisia

Khmelnik SI Sähkömagneettinen aalto vaihtovirtajohdossa Tiivistelmä Maxwellin yhtälöiden ratkaisua ehdotetaan vaihtovirtajohdolle. Virtojen ja energiavirtojen rakennetta tarkastellaan. Sisällysluettelo.

Ihovaikutus ei siedä ihovaikutusta I.4 Ihovaikutus 1 Laadullinen analyysi Tarkastellaan nyt ihovaikutuksen fysiikkaa. Jos homogeenisessa johtimessa on vakiovirta, niin virrantiheys

Fysikaalisten ilmiöiden mallintaminen tavallisten differentiaaliyhtälöjärjestelmien avulla. Kuvaus liikkeestä gravitaatiokentässä tavallisilla differentiaaliyhtälöillä Tarkasteltuja fysikaalisia ilmiöitä

Värähtelypiirin kondensaattori on kytketty vakiojännitelähteeseen pitkäksi aikaa (katso kuva). Tällä hetkellä t = 0 kytkin K on siirretty asennosta 1 asentoon 2. Kuvaajat A ja B edustavat

MOSKOVAN VALTION TEKNINEN YLIOPISTO NIMI NE BAUMANIN OLYMPIAADIEN "ASKEL TULEVAISUUKSEEN" TIETEELLINEN JA KOULUTUSKILPAILU KOULUTUKSEN AINEKOMPLEKSISTA "TEKNIIKKA JA TEKNOLOGIA"

Khmelnik SI Lisää Maan magnetismin luonteesta Annotaatio Maan magnetismin luonteesta koskeva hypoteesi esitetään ja siitä keskustellaan. Sisällysluettelo. Johdanto. Sähkömagneettinen aalto pallomaisessa kondensaattorissa 3. Magneettinen

3. Laboratoriotyöt 21 SÄHKÖSTAATTISEN KENTÄN TUTKIMUS Työn tavoitteet: 1) tutkia kokeellisesti kvasistationaarista sähkökenttää, rakentaa kuva potentiaalintasaisista pinnoista ja viivoista

1. Kaksi positiivista varausta q 1 ja q 2 sijaitsevat pisteissä, joiden sädevektorit r 1 ja r 2. Etsi negatiivinen varaus q 3 ja sädevektori r 3 pisteestä, johon se on sijoitettava niin, että siihen vaikuttava voima

Liittovaltion koulutusvirasto OU VPO Ural State Technical University-UPI Sähkömagneettinen induktio. Maxwellin yhtälöt Kysymyksiä ohjelmoidusta ohjauksesta fysiikassa Jekaterinburg

LUETTO 9 PLASMAN VÄYRÄYKSET Edellisillä luennoilla käsiteltiin alkeisherätteitä järjestelmissä, jotka ovat termodynaamisessa tasapainossa. Esimerkiksi kun tutkittiin superfluiditeettia ja suprajohtavuutta,

• Erikois HAC RF01.04.03
• Sivumäärä 155

Osa I. HITAAS PINTA MAGNEETTI-PLASMAAALLOT PUOLIJOHTEISISSA

Luku I. Sähkömagneettisten pintaaaltojen olemassaolon teoreettiset perusteet

1.1. Sähkömagneettisen kentän rakenne lähellä magnetoidun puolijohteen pintaa

1.2. Hitaan pinta-aallon teoria

Luku II. kokeellinen menetelmä

2.1. Koemenetelmän vaatimukset

2.2. Menetelmän yleiset periaatteet

2.3. Kokeellinen asennus

2.4. Tietoja mittaustekniikasta

2.5. Esimerkkiparametrit

Luku III. Matkustava aaltotila

3.1. Kokeilu Idea

3.2. Aaltorintaman muodon tutkiminen

3.3. Hitaiden aaltojen häiriö

3.4. Aallon perusominaisuudet

3.5. Aallon heijastus aaltojohtotason reunasta

3.6. Pinta-aaltoherätyksen tehokkuus

3.7. Aallon viestintä pinnan kanssa

IV luku. PMW:n aaltoputken eteneminen

4.1. Ratkaiseva kokeilu

4.2. Aaltoputkimoodin muodostus

4.3. Aallon olemassaolon alue

4.4 Hitaiden pinta-aaltojen vaimennus

4.5 Lämpötilan vaikutus aallon leviämiseen

Luku V. Pysyvän aallon järjestelmä

5.1. Aallon liikekaavio

5.2. Tasomainen Fabry-Perot resonaattori

5.3. Pinta-aaltodispersio

5.4. Aaltokentän rakenne

5.5. Pinta-aaltopolarisaatio

5.6. Helicon palkit

Luku VI. Hitaaseen PMW:hen perustuvat laitteet

Osa II. SÄHKÖMAGNEETTISET PINTAAALLOT SUOLAVEDESSÄ

Luku I. Analyyttinen katsaus

1.1. Tutkimushistoria

1.2. Negatiivisten tutkimustulosten analyysi

1.3. Kritiikki L.I. Mandelintamma

1.4 Moderni näkymä Zenneck SEW 1.5:stä Zenneck-aallon ominaisuudet

Luku II. Kokeellinen aaltohaku

2.1. kokeellinen menetelmä

2.2. Zenneck-Sommerfeld-aallon havainnointi

2.3. Seisova Pew tasaisella vedenpinnalla

2.4. Kokeilut liikkuvilla aalloilla

2.5. Pinta-aallon radiaalinen divergenssi

2.6. Pystysuuntainen kentän rakenne

2.7. SEW-lähetin Zenneck

III luku. Zenneck SEW -sovellukset

3.1. Laboratoriokokeita sijainnin mukaan

3.2. SEW:iden virityksestä valtameren pinnalla

3.3. Hansenin luonnollinen koe

3.4. Luonnollisen kokeen menetelmästä

3.5. Merenkulun radioviestintä

3.6. PEV tutka

Osan II päätelmät. Miksi Zenneck-aaltoa ei ole havaittu luonnollisissa olosuhteissa?

TÄRKEIMMÄT TULOKSET

Suositeltu luettelo väitöskirjoista

• Sähkömagneettisen aallon ilmiöt kiinteän aineen rajoitetussa ja epätasapainoisessa elektroniplasmassa 1998, fysiikan ja matemaattisten tieteiden tohtori Popov, Vjatšeslav Valentinovich

• Sähkömagneettisen aallon polarisaation resonanssimuunnoksen vaikutukset rakenteissa, joissa on kaksiulotteinen elektroni, magneettisesti aktiivinen plasma 2001, fysiikan ja matemaattisten tieteiden kandidaatti Teperik, Tatiana Valerievna

• Sähkömagneettisten aaltojen leviäminen ja säteily avoimessa rakenteessa, jossa on kaksiulotteinen elektroniplasma ja jaksollinen metallihila 1998, fysiikan ja matemaattisten tieteiden kandidaatti Polishchuk, Olga Vitalievna

• Aaltoprosessit ja sähkömagneettisen säteilyn ohjaus ohjausrakenteissa taajuudella ja tiladispersiolla 2010, fysiikan ja matemaattisten tieteiden tohtori Sannikov, Dmitry Germanovich

• Akustiset ja spinaallot magneettisissa puolijohteissa, suprajohteissa ja kerrosrakenteissa 2009, fysiikan ja matemaattisten tieteiden tohtori Polzikova, Natalya Ivanovna

Opinnäytetyön johdanto (osa abstraktia) aiheesta "Uusia pintasähkömagneettisia aaltoja johtavissa väliaineissa"

Vuonna 1873 James Clerk Maxwell muotoili hänen nimeään kantavat yhtälöt ja ennusti valonnopeudella etenevien sähkömagneettisten aaltojen olemassaolon. Heinrich Hertzin klassisissa kokeissa sähkömagneettisia aaltoja havaittiin vapaassa tilassa. Näiden kokeiden tulokset saavuttivat nopeasti maailmanlaajuista mainetta ja tunnustusta. Ei niin yksinkertainen, todella dramaattinen, ei ollut pintasähkömagneettisten aaltojen tutkimuksen historia kahden eri dielektrisillä ominaisuuksilla omaavien välineiden rajapinnassa.

"Sähkömagneettisten pintaaaltojen" (SEW) käsitteen toi tieteeseen Arnold Sommerfeld, kun hän vuonna 1899 pohti pitkän suoran johdon aksiaalivirran ongelmaa ja sai ratkaisuja Maxwellin yhtälöihin, joiden amplitudi pienenee nopeasti etäisyyden mukaan. langan pintaa. Hän tulkitsi nämä ratkaisut SEW:iksi, mahdollisesti analogisesti Rayleighin akustisten pintaaaltojen kanssa. Kokemuksen mukaan pintasähkömagneettiset aallot olivat ilmeisesti ensimmäinen, jonka R. Wood havaitsi vuonna 1902 sirottaessaan elektroneja ohuessa metallikalvossa. Ilmiötä ei tuolloin ymmärretty, ja se tunnettiin "Woodin poikkeavuuksina" 1960-luvulle saakka. A. Sommerfeldin mukaan saksalaiset teoreetikot Kohn ja Uller totesivat, että tasaisella rajapinnalla eristeen ja hyvän johtimen välillä on suuntaava vaikutus bulkkiaallon etenemiseen ja että SEW on mahdollista tasaisella rajapinnalla väliaineiden välillä pienin häviöin.

Vuonna 1901 tapahtui historiallinen tapahtuma: Guglielmo Marconi lähetti radiolähetyksen Atlantin valtameren yli taajuudella 30 kHz-. Tämä hämmästyttävä löytö johti pohdiskeluihin radioaaltojen etenemismekanismista. Tuolloin Maan ionosfäärin olemassaoloa ei vielä epäilty, joten pitkän kantaman radioviestinnän mahdollisuudesta ionosfääristä tulevan radiosäteen heijastumisen vuoksi ei keskusteltu. Sen sijaan ehdotettiin, että uudentyyppinen radioaalto, pinta-aalto (SW), oli innostunut hänen kokeissaan.

Ehkä tästä syystä vuonna 1907 Sommerfeldin jatko-opiskelija Jacek Zenneck ryhtyi selvittämään asiaa. Hän osoitti Kohnin ja Ullerin tutkimusten yhteyden ja kysymyksen radioaaltojen leviämisestä maan pinnalla. Kehittäessään tuloksiaan J. Zenneck osoitti, että väliaineessa, jossa ei ole vain pieniä vaan myös suuria häviöitä, Maxwellin yhtälöt sopivat reunaehdot mahdollistavat ratkaisun, jota voidaan kutsua pinta-aalloksi, jota ohjaa tasainen rajapinta kahden median välillä:

Hertsin P-vektori) 6 so. on kahden tasoaallon yhdistelmä, joista toinen sijaitsee ilmassa ja toinen väliaineessa. Jos väliaineella on äärellinen johtavuus, niin a ja P ovat komplekseja. Dispersiosuhde SW:lle, joka etenee rajapintaa pitkin permittiivisyydet 8 ja e0 omaavien välineiden välillä, on muotoa k k,

2 &0 O missä k ja w ovat aallon aaltovektori ja taajuus; - ?

CO C c on valon nopeus tyhjiössä. Aalto on "kiinnittynyt" pintaan, sen vaihenopeus ylittää jonkin verran valon nopeuden eristeessä ja riippuu alla olevan pinnan ominaisuuksista. Zenneck uskoi, että todellisen säteilijän kenttä suurella etäisyydellä siitä näyttäisi hänen löytämänsä aallolta. Hänen työstään seuraa kuitenkin vain yllä olevan muotoisten ratkaisujen yhteensopivuus sähködynamiikan yhtälöiden kanssa, SW:n olemassaolon mahdollisuus, mutta kenttä ei liity mitenkään antenniin, ts. säteilyongelman pääkohtaa ei julkisteta.

Ensimmäisen tiukan teorian kahden homogeenisen väliaineen (maan ja ilman) välisellä tasaisella rajapinnalla sijaitsevan dipolin lähettämien sähkömagneettisten aaltojen leviämisestä esitti A. Sommerfeld vuonna 1909 klassisessa teoksessaan. Hänen tekemänsä merkittävä edistysaskel oli se, että hän ei pitänyt maata ihanteellisena johtimena, vaan ilmakehää absoluuttisena eristäjänä ja katsoi kummallekin puolikkaalle tietyn rajallisen permittiivisyyden ja johtavuuden.

Sommerfeld osoitti, että dipolin säteilemä sähkömagneettinen kenttä voidaan esittää pinta-aallon ja kehon aallon summana. Hän uskoi, että SW vallitsee suurilla etäisyyksillä, ja näin hän loi yhteyden pinta-aallon ja säteilylähteen välille. Toisin sanoen hän katsoi todistetuksi, että pitkillä etäisyyksillä kenttä pistelähteestä on Zenneck SW. PV Zenneckin konsepti, jota Sommerfeldin auktoriteetti tuki, oli lähes yleisesti hyväksytty pitkään. Sitä sovellettiin monien radioaaltojen etenemisen aikana havaittujen poikkeavien ilmiöiden tulkinnassa, esimerkiksi ns. "rantataitto", kun meren yli kulkeva aalto heijastuu rannasta.

Vuodesta 1919 lähtien Weylin, Van der Polin, V.A. Fockin ja muiden teoreettisissa töissä tämä päätelmä kuitenkin kyseenalaistettiin ja tunnustettiin virheelliseksi. A. Sommerfeld itse, joka havaitsi laskelmissa epätarkkuuksia, ei pitänyt pinta-aallon käsitettä virheellisenä. Teoreetikkojen kiista voidaan ratkaista vain kokeilemalla. Feldman perusti ensimmäisen kerran tällaisen kokeen vuonna 1933, joka tutki radioaaltojen etenemistä lähellä maan pintaa (maan säde) eikä löytänyt SW:tä. Barrow yritti sitten vuonna 1937 havaita Zenneckin pinta-aallon virittämällä radioaaltoja Saint Neck Laken pinnalla New Yorkin osavaltiossa, mutta se epäonnistui. Maassamme tehtiin sarja laajamittaisia ​​kokeita akateemikot L.I. Mandelstammin ja N.D. Papaleksin johdolla. Useita vuosia, vuosina 1934-1941, tutkittiin tavanomaisten radioantennien säteilykenttää, tutkittiin radioaaltojen etenemistä maan pinnalla (maan ja meren yli), mutta pintasähkömagneettista Zenneck-aaltoa ei havaittu missään olosuhteissa. . Siitä lähtien venäläisessä radiofysiikassa on vakiintunut näkemys, että tätä aaltoa on mahdotonta virittää todellisilla emittereillä ja että Zenneck-pinta-aallon käsite ei vastaa fyysistä todellisuutta.

On syntynyt paradoksaalinen tilanne: pintasähkömagneettisen aallon olemassaolo seuraa Maxwellin yhtälöistä, mutta sitä ei havaita kokeessa. Siten sähködynamiikan yhtälöiden pätevyys asetettiin kyseenalaiseksi. Halu ratkaista paradoksi sai kirjoittajan asettamaan tehtäväksi itsenäisen tutkimuksen laboratoriossa. Saatu tulos vahvistaa Sommerfeldin ja Zenneckin oikeellisuuden ja poistaa ristiriidan.

Kuvattujen tapahtumien seurauksena kiinnostus pintasähkömagneettisia aaltoja kohtaan laski jyrkästi, ja 40-50-luvulla niitä ei käytännössä tutkittu. Kiinnostus SEW:tä kohtaan heräsi 1960-luvulla, kun tutkittiin säteilyn vuorovaikutusta aineen, pääasiassa kiinteiden aineiden ja plasman kanssa. Stern ja Ferrell ilmeisesti olivat ensimmäiset, jotka osoittivat, että piikit, jotka havaittiin matalan energian alueella nopeiden elektronien joustamattoman sironnan aikana metallikalvossa (Woodin anomaliat), voidaan selittää pintaplasmonien virityksellä metallin rajapinnalla. ja sitä peittävä oksidikalvo. Powellin kokeet vahvistivat teorian ennusteet. Pintaplasmonia kuvaa SEW-dispersiokäyrän yläosa, joka sijaitsee lähellä plasmataajuutta. (käyrä 4 kuvassa 2)

Viime vuosina pintasähkömagneettisia aaltoja on tutkittu teoreettisesti ja havaittu kokeellisesti eri laboratorioissa ympäri maailmaa. Näin tehdessään tehtiin kaksi merkittävää johtopäätöstä. Ensin annettiin selkeä määritelmä pinta-aaltolle: se on aalto, joka vaimenee eksponentiaalisesti siirtyessään pois pinnasta, jolla se etenee. Aaltokentän jakautuminen on paras todiste sen pintaluonteesta. Toiseksi on osoitettu, että pinta-aaltoa voidaan pitää ominaisena värähtelytyyppinä tietylle pinnalle. SW:n viritys on itsenäinen ongelma, eikä sitä pidä sekoittaa aallon olemassaolon ehtoihin. Koska SEW:n vaihenopeus poikkeaa jonkin verran valon nopeudesta ilmassa, se voidaan virittää kehon aallon avulla vain, jos synkronoinnin ehto täyttyy - vaihenopeuksien likimääräinen yhtäläisyys, tarkemmin sanottuna yhtäläisyys. aaltovektorien komponenteista etenemissuunnassa. Tästä seuraa, että kaikki emitterit eivät voi virittää pinta-aaltoa. Nykyaikaisten teoreettisten käsitysten mukaan kaksi tapausta on mahdollista (kuva 1 työstä)

SEW Fanon ja Zenneckin toiminta-alueet

Zenneck 8 p o

1) e-kompleksin arvo,0. Sitten käyttöliittymässä on ns. Fano-aallot vaihenopeudella V< с (прямая 5 на рис2), наблюдающиеся в газоразрядной плазме (поверхностные плазмоны), в полупроводниках и металлах. В настоящее время они активно исследуются и применяются в спектроскопии поверхности .

2) r-kompleksisuure, c">-8o, c">0, . Tasaiselle rajapinnalle ilmestyy Zenneck-pinta-aalto vaihenopeudella V>c (suora viiva 6 kuvassa 2). Ennen työtämme tätä aaltoa ei havaittu. Rajapinta (käyrä 1 kuvassa 1) Fanon ja Zenneckin olemassaolon alueiden välillä määritetään yhtälöllä s

0 e0 missä 8=8" + 18"

Kun Zenneck-aalto siirtyy tasaisesta rajapinnasta kaarevaan rajapintaan, jonka kaarevuussäde on pienempi kuin aallonpituus, Zenneck-aalto muuttuu Sommerfeld-aaltoksi. Jälkimmäistä kuvaa erilainen, monimutkaisempi dispersioyhtälö, joka sisältää sylinterimäiset Besselin ja Hankelin funktiot. Ryhmä tutkijoita onnistui herättämään Zenneck-Sommerfeld SEW -aallon mikroaaltoalueella laboratorio-olosuhteissa, todistamaan sen pinnallisen luonteen ja mittaamaan tärkeimmät ominaisuudet.

Uusi vaihe SEW:n tutkimuksessa kaasumaisissa ja solid-state-plasmoissa liittyy ulkoisen magneettikentän vaikutuksen huomioon ottamiseen johtavaan väliaineeseen. Magneettikentässä johtavasta väliaineesta tulee gyrotrooppinen, ilmaantuu uusi ominaisuus - kantoaaltojen syklotronien pyörimistaajuus, mikä johtaa muutokseen tunnettujen SEW:iden ominaisuuksissa (kuva 2). Esimerkiksi pintaplasmoni (käyrä 4 kuviossa 2) muuttuu magnetoplasmoniksi hieman pienemmällä (useita %) faasinopeudella. Kuitenkin katsottiin, että magneettikentän vaikutus ei ole kovin merkittävä.

Kirjoittaja totesi kokeellisesti (yhdessä V.I. Baibakovin kanssa), että jatkuvassa magneettikentässä johtavan väliaineen pinnan sähködynaamiset ominaisuudet muuttuvat dramaattisesti. Tämä johtaa täysin uudenlaisen sähkömagneettisten pintaaaltojen luokan ilmaantumiseen (käyrä 1 kuvassa 2). Niitä esiintyy vain magnetoidun plasman pinnalla, niillä on ainutlaatuiset ominaisuudet ja ne etenevät vaihenopeuksilla, jotka ovat paljon pienempiä kuin valon nopeus tyhjiössä, minkä vuoksi niitä kutsuttiin hitaiksi pintamagnetoplasma-aaltoiksi (SMW). Joskus kirjallisuudessa niitä kutsutaan pintahelikoiksi tai Baibakov-Datskon aalloksi.

Pinta-sähkömagneettisten viritysten spektri 1-hidas PMW; 2-kevyt dielektrisessä; 3-Langmuir-aallot - bulkkiplasmonit; 4-pinnan plasmonit plasmassa (polaritonit dielektrikissä, magnonit magneeteissa); 5-aalto Fano; 6-Zenneck-aalto;

Väitöskirja koostuu kahdesta osasta, joista ensimmäinen osa on omistettu hidastaville pintamagnetoplasma-aaltoille puolijohteissa, toinen osa on omistettu pintasähkömagneettisille aalloille suolaisessa vedessä. Löysimme kiintoaineessa olevat hitaat PMW:t vuonna 1971. Niiden aikana

10 vuotta kestäneessä tutkimuksessa on kehitetty tekniikka viritykseen, sekakentästä erottamiseen, pintasähkömagneettisten aaltojen pääominaisuuksien tunnistamiseen ja mittaamiseen laboratorio-olosuhteissa. Tämä mahdollisti seuraavina vuosina kokeellisen Sommerfeld-Zenneckin sähkömagneettisen pinta-aallon olemassaolon todistamisen.

Hidas PMV 1p8b:ssä

Teoria hitaista SMW:istä puolijohdeplasmassa kehitettiin niiden kokeellisen löydön jälkeen. Hitaiden pintamagnetoplasmaaaltojen olemassaolo ja ominaisuudet seuraavat Maxwellin yhtälöiden ratkaisuista, jotka on kirjoitettu rajoitetulle johtavalle väliaineelle sopivin rajaolosuhtein ja niitä kuvataan neljännen asteen dispersioyhtälöllä. Ilmiön teorian rakensi ryhmä Kharkovin teoreetikoita V. M. Yakovenkon johdolla. Sen pääsäännökset ovat seuraavat.

Vakiomagneettikentässä puolijohteen sähkömagneettiset ominaisuudet ovat anisotrooppisia. Jos magneettikenttävektori H on suunnattu Ob-akselia pitkin, niin väliaineen permittiivisyyttä kuvaa gyrotrooppinen tensori 0

XX xy 0 xy vv

0 0, jossa diagonaalista poikkeavat komponentit vastaavat suurtaajuista Hall-virtaa.

Puolijohteessa jatkuvassa magneettikentässä on kaksi sähkömagneettista massaaaltoa (tavallinen antihelicon ja extraordinary-helicon, jotka eroavat ympyräpolarisaation vastakkaisesta suunnasta), joilla on erilaiset etenemisominaisuudet. Taajuuksilla, jotka ovat paljon pienempiä kuin kantoaallon törmäystaajuus V, samoin kuin plasman Yup ja syklotroni coc. (co « Wp, coc, V) olosuhteissa V ~ coc, poikkeuksellisilla aalloilla on vähän vaimennusta, ja puolijohde osoittautuu läpinäkyvä väliaine niille, joilla on suuri tehollinen taitekerroin. Mikään näistä aalloista ei kuitenkaan voi olla pintaa, koska ne eivät täytä puolijohteen pinnan rajaehtoja, jotka koostuvat aallon magneettikentän voimakkuusvektorin komponenttien jatkuvuudesta väliaineiden rajapinnalla. Nämä ehdot täyttyvät tavallisten ja poikkeuksellisten aaltojen superpositiolle, jotka muodostavat pinnan magnetoplasma-aaltoja rajapinnassa

11 kahdesta tyypistä: nopeat (y ~ c), jotka ulkoisen magneettikentän puuttuessa muuttuvat tunnetuiksi pintasähkömagneettisiksi aalloksi (pintaplasmonit) ja hidas (y - c) PMW, joita ei ole olemassa ilman magneettikenttää .

Olkoon puolijohde puoliavaruuden y<0 и граничит с вакуумом. Тогда, при условиях у « С0С; С22| » |8ху| » |£хх|:

8 XX £ 22 xy dispersio ja hitaiden aaltojen olemassaoloalue määräytyvät suhteilla

2 2 SOPs in [£yy (1 + BS 2 tuumaa) + 218ux BS in

Yksinkertaistuksen jälkeen (2) saa muotoa ω = k2Nps 2 me

I0.ush@< О где 3 = а затухание:

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

5) magneettikentän H 0 ja kaksiulotteisen aaltovektorin k välinen kulma rajapintatasossa, X2 ~ aaltovektorin komponentti väliaineessa, yhteistaajuus, valon c-nopeus tyhjiössä, n-pitoisuus puolijohteen tärkeimmät varauksen kantajat, e-elektronivaraus.

Relaatio (2a) osoittaa, että hitailla PMW:illä on neliöllinen dispersiolaki, relaatio (3) osoittaa, että aallon eteneminen magneettikenttää pitkin on mahdotonta, ts. aallot ovat vinoja ja esiintyvät vain kahdessa kapeassa sektorissa. Relaatio (4) tarkoittaa, että aallot eivät ole vastavuoroisia (yksisuuntaisia) suhteessa suuntaan

12 pysyvä magneettikenttä. Hitaita pintamagnetoplasma-aaltoja voi esiintyä seuraavissa välineissä:

1) yksikomponenttisessa puolijohteessa, jonka kantoaaltopitoisuus on suhteellisen pieni, kun bias-virta on suurempi kuin johtavuusvirta;

2) tiheässä (syrjäytysvirta on pieni) yksikomponenttisessa kiinteän kappaleen plasmassa, jossa on anisotrooppinen kantoainemassa; tämä havaitaan esimerkiksi monilaaksoissa puolijohteissa;

3) tiheässä yksikomponenttisessa plasmassa, jossa on magnetoituja elektroneja ja magnetoimattomia reikiä.

Hitaiden SMW:iden olemassaolon alueen kaavio tietyssä puolijohteessa, indiumantimonidissa, on esitetty kuvassa 3. X

Kuva 3. Hitaiden pinta-aaltojen teoreettinen olemassaoloalue indiumantimonidissa (puolijohteen pinnasta ylhäältä katsottuna). e1 = 45°-60°, e2 = 135°-150°. Kihara nuoli osoittaa magneettikentän suunnan

Olemme kokeellisesti löytäneet hitaat PMW:t ja tutkineet niitä indiumantimonidissa, puolijohteessa, jolla on korkea kantoaallon liikkuvuus (jopa l

77000 cm/V.s, kun T=300), pääasiassa huoneenlämmössä, taajuusalueella 10 MHz - 2 GHz ja magneettikentissä 30 kOe asti. Tekijän kehittämä kokeellinen menetelmä mahdollisti hitaita aaltoja herättämisen ja vastaanottamisen, niiden ominaisuuksien tutkimisen eri etenemistavoissa:

Seisova aalto (Fabry-Perot tasainen resonaattori);

Aaltoputki;

Liikkuva tasoaalto vapaalla pinnalla.

Juuri tässä järjestyksessä koe eteni ajallaan. Jokainen näistä moodeista mahdollisti niiden aallon ominaisuuksien määrittämisen, joita ei voitu saada muilla tavoilla, repro

13 uskoi ja täydensi muita. Kokeelliset todisteet uuden sähkömagneettisten pintaaaltojen luokan olemassaolosta pelkistyvät seuraaviin todistettuihin tosiasioihin.

Olemassaolon valtakunta.

Kuvassa 8 on kaavio yhdestä kokeesta, jossa havaittiin aaltoja pitkin vapaata pintaa. Puolijohteen pinnan läpi kulkevan RF-signaalin tehon riippuvuus magneettikentän orientaatiosta on esitetty kuvassa 20. Voidaan nähdä, että magnetoidun puolijohteen pinnalla on kaksi erillistä suuntaa, joissa havaitaan suurin signaalinsiirto. Nämä suunnat ovat yhtäpitäviä hitaiden PMW:iden olemassaolon teoreettisen alueen sektoreiden kanssa.

aallon hitaus.

Tallennettiin pintaa pitkin tietyssä valitussa suunnassa, tietyssä kulmassa magneettikenttään nähden etenevän aallon tyyppi (kuva 18). Sen pituuden X vertailu samantaajuisen sähkömagneettisen aallon pituuteen tyhjiössä X0 osoittaa, että 103 R so. X « X0 ja aalto on hidas.

Dispersio

Mittaamalla aallonpituuden riippuvuutta magneettikentän taajuudesta ja voimakkuudesta havaittiin, että sen dispersio on neliöllinen ja vastaa teoreettista, joka määräytyy suhteessa (2); dispersiokäyrä on esitetty kuvassa 43. Dispersio riippuu magneettikentän suuruudesta, ts. aalto on magnetoplasma.

Ei-vastavuoroisuus

Lukuisat kokeet ovat osoittaneet, että hitailla aalloilla on yksisuuntainen eteneminen, minkä vahvistavat erityisesti kuvat 17, 20. Yksisuuntaista etenemistä havaittiin myös niiden aaltoputkien etenemismuodossa (kuva 31). Aaltoputkimoodit muodostuvat, kun puolijohteen pintaa rajoittavat yhdensuuntaiset reunat, jotka ovat kohtisuorassa magneettikenttään. Tässä tapauksessa aalto etenee kentän poikki.

Pintaliitäntä

Aallon etenemissuunnat määräytyvät yksiselitteisesti paitsi ulkoisen magneettikentän suunnan, myös normaalin suuntauksen perusteella puolijohteen pintaan. Tämä "pintaan kiinnittymisen" vaikutus ilmenee selvästi, kun aalto viritetään sen tason suuntaisesti magnetoidun indiumantimonidilevyn tasoilla. Kokeessa tallennettujen levyn tasojen aallon etenemissuuntien kuvio on esitetty kuvassa 28. Ylä- ja alatasolle viritetyt aallot normaalien suuntauksen mukaisesti näille tasoille kulkevat vastakkaisiin suuntiin toisiaan kohti.

Aaltokentän poikittaisrakenne

Kenttäjakauma on esitetty kuvassa 44. On nähtävissä, että pinta-aallon kenttä putoaa puolijohteen pinnan molemmille puolille, mutta sen maksimi ei ole pinnalla, vaan siirtyy syvälle väliaineeseen. Tällainen amplitudijakauma on epätavallinen pinta-aalloille, eikä muita tämän tyyppisiä aaltoja (nopeita pintasähkömagneettisia aaltoja, gravitaatio-kapillaariaaltoja nesteen pinnalla, pinta-akustisia aaltoja) havaita. Aaltokentän maksimin siirtyminen puolijohteen pinnan alla johtuu sähkömagneettisten aaltojen etenemisen erityispiirteistä gyrotrooppisessa väliaineessa, ja se selittyy puolijohteen suurimmassa osassa esiintyvien kahden osaaallon (tavallinen ja ylimääräinen) häiriöillä. ) ja niillä on erilaiset kentän vaimenemisnopeudet syvälle puolijohteeseen, ja ne ovat vastavaiheessa sen pinnalla.

vaimennus

Natiiville indiumantimonidille huoneenlämpötilassa ja 18 kOe:n magneettikentässä vaimennus on 2,7 dB eli 1,35 kertaa amplitudi aallonpituutta kohti. Samoissa olosuhteissa aallonpituus magneettikentän suunnassa on ~7 mm (etenemissuunnassa X-5 mm), joten vaimennus pituusyksikköä kohti on noin 0,4 dB/mm eli kaksinkertainen amplitudi etäisyydellä 10 mm. Hitaalla PMW:llä vaimennus aallonpituutta kohti on vakio eikä riipu taajuudesta.

Polarisaatio

Signaalin maksimiläpäisy näytteen pinnan yli (kuva 46) havaitaan, kun asennetaan säteilijä, joka virittää TE-aaltoa (kentän H-komponentti on normaali pintaan nähden), mikä vastaa PMW-teoriaa. . Tarkkaan ottaen aalto on polarisoitunut elliptisesti.

Saatujen tulosten tieteellinen ja käytännön merkitys piilee siinä, että optisen taajuusalueen tunnettujen pintasähkömagneettisten värähtelyjen spektriä (plasmonit, polaritonit, magnonit) täydennetään kahdella uudella haaralla: hitaan pinnan magnetoplasma-aalto ja nopea. HF- ja mikroaaltoalueelta löytyvä Sommerfeld-Zenneck-aalto, joka avaa uuden HF-suunnan pintaelektrodynamiikan tutkimukselle.

Hitaan PMW:n pohjalta uusia menetelmiä johtavien väliaineiden (metallit, puolijohteet, plasma) pinnan tutkimiseen, menetelmiä puolijohteiden parametrien määrittämiseen, solid-state plasman diagnosointiin sekä uudentyyppisiä magneettikenttäantureita, radiotekniikkaa laitteita eri tarkoituksiin, aktiivisia puolijohdemikroaaltolaitteita ja magnetoplasma TWT voidaan luoda. , ohjattuja elementtejä tasomaisten optisten tietojenkäsittelyjärjestelmien.

Tutkimuksen merkitys ylittää kiinteän olomuodon fysiikan. Maan ionosfäärissä on suotuisat olosuhteet hitaiden magnetoplasma-aaltojen leviämiselle. Niiden kokeellisessa havaitsemisessa on mahdollista käyttää PMW:tä Maan ionosfäärin tutkimukseen ja aktiiviseen vaikuttamiseen sekä lisäradioviestintäkanavien luomiseen.

Prioriteetti

Kaikista uusista fysikaalisista ilmiöistä on keskusteltava ja tiedeyhteisön on tunnustettava, joten sen tärkeydestä ja tunnustamisesta Venäjällä ja ulkomailla on aiheellista antaa tietoa.

Hitaiden PMW:iden olemassaolon mahdollisuus perustettiin teoreettisesti S.I. Khankinan ja V.M. Yakovenkon artikkelissa "Pintojen sähkömagneettisten aaltojen virityksestä puolijohteissa", jonka Solid State Physics -lehden toimittajat vastaanottivat 19. heinäkuuta 1966. . V.I. Baibakovin ja V.N.

Pääteostemme julkaisun jälkeen ilmestyi artikkeleita, jotka käsittelivät uuden ilmiön prioriteettia ja merkitystä. Esimerkiksi Fly-v:n ja Kuinin artikkelissa todettiin, että "Baibakov ja Datsko esittivät kokeellisia tuloksia, jotka osoittivat, että uusi matalataajuinen pinta-aalto on olemassa elektronireikäplasmassa HnSb huoneenlämpötilassa"; A.B.Davydov ja V.A.Zakharov viittaavat S.I.Hankinan ja V.M.Jakovenkon prioriteettiin teoreettisessa, V.I.Baybakovin ja V.N.Datskossa uudentyyppisten pinta-aaltojen kokeellisessa tutkimuksessa. E.A. Kanerin ja V.M. Yakovenkon artikkelissa "Uspekhi fizicheskikh nauk" -lehdessä todettiin, että

Baibakov ja Datsko löysivät äskettäin kokeellisesti työssä tunnetun 16:n indiumantimonidista.

Tieteellisessä kirjallisuudessa käsiteltiin laajasti myös kysymystä löydetyn ilmiön luotettavuudesta; keskustelussa luotettavuus todistettiin. Riippumaton kokeellinen vahvistus oli G. Ruybisin ja R. Tolutisin työ.

Pinnan sähkömagneettiset aallot suolaisessa vedessä

Mikä tahansa todellinen sähkömagneettisen kentän lähde, joka sijaitsee kahden väliaineen rajapinnassa, virittää sekä pinta- että bulkkiaaltoja, ja niiden erottaminen osoittautuu vaikeaksi kokeelliseksi ongelmaksi. Kokeissamme SEW:itä havaittiin laboratorio-olosuhteissa eri suolapitoisten (pääasiassa 35 %o) veden pinnalla taajuusalueella 0,7-6,0 GHz. Käytettiin aiemmin kehitettyjä menetelmiä seisovien ja liikkuvien pinta-aaltojen herättämiseen ja tutkimiseen.

Seisovan aallon tilassa Sommerfeld-Zenneck-aalto (litteän Zenneck SW:n lieriömäinen muunnos) havaittiin ensin suolavesipylväässä, joka oli sijoitettu kahden metallilevyn väliin, jotka ovat tasainen Fabry-Perot-resonaattori. Kentän dispersio ja poikittaisjakauma mitattiin osoittaen yksiselitteisesti sen pintaluonteen. Pinta-sähkömagneettista aaltoa tutkittiin myös tasaisella veden pinnalla resonaattorissa, jossa oli kaksi tasaista yhdensuuntaista veteen upotettua levyä sen mittaresonanssin olosuhteissa. Tässä tapauksessa suoritettiin SW:n erottaminen bulkkikentistä ja sen amplitudirakenne mitattiin.

Liikkuvassa aaltotilassa pystyi erityisesti suunnitellun emitterin avulla repiä irti pinnasta tuleva volyymisäteily ja suunnata se ylöspäin suuressa kulmassa horisonttiin nähden, jolloin PW vapautui tilavuuskentän sekoituksesta. Tällaisen vedenpinnan yläpuolella sijaitsevan lähteen säteilyssä rekisteröitiin pintaa pitkin etenevän aallon läsnäolo, jonka amplitudi pienenee etäisyyden p mukaan emitteristä, mikä vastaa aksiaalisella virityksellä viritetyn SW:n hajoamista. symmetrinen lähde. Kentän pystysuuntaisen rakenteen mittaukset tässä aallossa osoittivat, että kenttä pienenee eksponentiaalisesti etäisyyden pinnasta kasvaessa, ja mitatut lokalisaatiokorkeuden riippuvuudet taajuudesta ja veden suolaisuudesta osoittautuivat teoreettisten laskelmien kanssa hyvin yhteen.

Ainoan meille tunnetun kokeen (Hansen, USA, 1974) tulosten analyysi erikoisantenneilla virittyneen dekametrialueen (5-30 MHz) sähkömagneettisen kentän etenemisestä valtameren pinnalla 237 km pitkä tie on kuljettu. Toisin kuin Hansen, joka löysi selittämättömän poikkeaman sähkömagneettisen kentän etenemisestä, päätimme, että hänen kokeessaan kehon ja pinta-aaltojen sekoitus oli virittynyt, ja itse polku valitsi vähemmän vaimennettuja aaltoja. Olemme osoittaneet, että tietyn suolapitoisuudesta riippuvan kriittisen taajuuden (15 MHz Hansenin tapauksessa) alapuolella Zenneck SW vaimentaa paljon heikommin kuin maasäde. Näin ollen yli 15 MHz:n taajuudella sähkömagneettisen kentän eteneminen tapahtui maanpäällisen säteen avulla ja alle 15 MHz:n taajuudella Zenneck SW:n muodossa, mikä selittää poikkeaman. Hansenin työstä saadut tiedot suhteellisesta SW-vaimennusta ovat hyvin sopusoinnussa omien laboratoriomittausten tulosten kanssa.

Zenneck-aallon havainnointi ja tunnistaminen laboratoriossa on ensimmäinen askel tämän ilmiön tutkimisessa. Seuraava askel on tutkia sitä in vivo. Olemme pohtineet erilaisia ​​PW:n valtameren pinnalla leviämisen näkökohtia (Maan kaarevuus, aaltovaikutukset) siltä kannalta, että Zenneckin pinta-aaltoon voidaan luoda uusia pitkän kantaman radioviestintäkanavia ja tutkaa.

Väitöskirjan materiaali esitetään seuraavassa järjestyksessä.

Osa I. Hidas RMW puolijohteissa

Luvussa I tarkastellaan normaalien sähkömagneettisten aaltojen spektriä magnetoidun puolijohteen pinnalla ja esitetään teoria hitaan pinnan magnetoplasma-aallosta.

Luvussa II kuvataan koetekniikka, kokeellinen järjestely ja näytteiden parametrit.

Luvussa III tutkitaan vapaata pintaa pitkin kulkevia aaltoja, selvitetään niiden olemassaolon alue, aallon muoto, etenemisen epävastavuoroisuus ja pituuden riippuvuus sen etenemissuunnan ja magneettisen suunnan välisestä kulmasta. kenttä on perustettu, pinta-aalto ja maanalainen helikoni erotetaan.

Luku IV on omistettu pinta-aalloille rajatuissa rakenteissa (aaltoputken etenemismuoto). Selvitetään aallon olemassaoloalue magneettikentässä, mitataan vaimennus ja lämpötilan vaikutus etenemisominaisuuksiin ja osoitetaan aallon etenemisen selvä epävastaisuus ja yksisuuntaisuus magneettikentän suhteen.

Luvussa V esitetään tutkimustulokset seisovaaaltomoodissa pinta-Fabry-Perot-resonaattorissa. Tarkastellaan aallon liikkeen kaaviota, määritetään sen rakenne, hajonta ja nopeus. Selostetaan hitaita PMW:itä tutkiessa havaitun bulkkiaaltokentän epätavallisen pitoisuuden vaikutusta, helikonisäteiden muodostumista puolijohteen bulkkiin.

Luvussa VI ehdotetaan 12 radioteknistä laitetta, jotka voitaisiin luoda hitaiden pintamagnetoplasmaaaltojen perusteella.

Osa II Pinnan sähkömagneettiset aallot suolaisessa vedessä

Luvussa I analysoidaan pinnallisia sähkömagneettisia aaltoja ilman magneettikenttää koskevia töitä: esitetään A. Sommerfeldin teorian perustavanlaatuiset kohdat; L.I. Mandelyptammin teoreettista konseptia tarkasteltiin kriittisesti; nykyaikainen näkymä pintasähkömagneettisista aalloista esitetään; Zenneck-aallon pääominaisuudet kuvataan.

Samanlaisia ​​teesejä erikoisalalla "Radiofysiikka", 01.04.03 VAK-koodi

• Sähkömagneettiset herätteet johtimissa, joissa on anisotrooppinen kaistarakenne 1984, fysiikan ja matemaattisten tieteiden kandidaatti Savinsky, Sergei Stepanovitš

• Järjestettyjen mikro- ja nanorakenteiden muodostumismallit kondensoituneessa väliaineessa pintapolaritonien muotojen laservirityksessä 1999, fysiikan ja matemaattisten tieteiden tohtori Solovjov, Oleg Viktorovich

Väitöskirjan johtopäätös aiheesta "Radiofysiikka", Datsko, Vladimir Nikolaevich

TÄRKEIMMÄT TULOKSET

1 On osoitettu, että plasman kaltaisen väliaineen ja eristeen rajapinnalla olevassa magneettikentässä on hitaita (y"c) pintasähkömagneettisia aaltoja.

2 Pinta-sähkömagneettisten värähtelyjen spektriä täydennetään matalataajuisella haaralla: hitaita magnetoplasma-aaltoja havaitaan ja tutkitaan indiumantimonidissa lämpötilassa 200-400 K, HF- ja mikroaaltoalueilla sekä magneettikentissä 30 kOe asti. Perustettu olemassaoloalue; dispersio; vaihenopeus ja vaimennus, poikittaiskentän rakenne; polarisaatio.

3 On havaittu, että magnetoidussa puolijohteessa lähellä pintaa oleva bulkkihelikoni muuttuu pseudopinta-aaltoksi.

4 On kehitetty kokeellinen menetelmä pintahitaan magnetoplasman ja nopeiden sähkömagneettisten aaltojen tutkimiseksi johtavien väliaineiden pinnalla.

5 "Sähkömagneettisen puhkaisun" ilmiö löydettiin: indium-anti-monidilevyssä, joka on asetettu magneettikenttään kohtisuorassa sen tasoa vastaan, mikroaaltojen sähkömagneettinen kenttä etenee tilavuudessa epähomogeenisella virityksellä aallon muodossa, jolla on poikkeava keskittynyt kenttä, joka eroaa tunnetusta helikonista.

7 Ehdotettiin 12 laitetta, jotka perustuvat hitaita pintamagnetoplasma-aaltoja, sai kaksi tekijänoikeustodistusta.

Huomaa, että yllä esitetyt tieteelliset tekstit lähetetään tarkastettavaksi ja hankitaan väitöskirjojen alkuperäisten tekstien (OCR) tunnistamisen kautta. Tässä yhteydessä ne voivat sisältää virheitä, jotka liittyvät tunnistusalgoritmien epätäydellisyyteen. Toimittamiemme väitöskirjojen ja tiivistelmien PDF-tiedostoissa ei ole tällaisia ​​virheitä.