Unde electromagnetice de suprafață

Undele de suprafață sunt unde care se propagă de-a lungul interfeței dintre două medii și pătrund în aceste medii la o distanță mai mică decât lungimea de undă. În undele de suprafață, toată energia este concentrată într-o vecinătate îngustă a interfeței, iar starea suprafeței afectează în mod semnificativ propagarea acestora. De aceea undele de suprafață sunt o sursă de informații despre starea suprafeței. Mai mult, interacțiunea undelor corpului și a undelor de suprafață poate duce la diferite efecte de suprafață, cum ar fi generarea de armonici, rotația planului de polarizare la reflexie și așa mai departe. Proprietățile undelor de suprafață pentru suprafețele ideale au fost studiate teoretic cu destul de mult timp în urmă, încă de la începutul secolului al XX-lea. Dar ei au învățat să obțină experimental suprafețe curate abia la sfârșitul secolului al XX-lea.

În 1901, Sommerfeld a găsit soluții speciale pentru ecuațiile lui Maxwell - unde amortizate exponențial care se propagă de-a lungul interfeței dintre două medii. La acea vreme nu se acorda nicio atenție lucrării sale, se credea că acestea sunt obiecte complet exotice. În 1902, Wood, studiind proprietățile rețelelor de difracție metalice, a descoperit la anumite frecvențe că propagarea luminii se abate de la legile difracției. Aceste abateri au fost numite anomalii ale lui Wood. În 1941, Fano a explicat aceste anomalii - energia trece în undele de suprafață. În 1969, Otto a propus o schemă de excitare a undelor de suprafață într-o peliculă metalică folosind o prismă. În 1971, Kretschmann a propus o geometrie diferită pentru aceeași. În 1988, oamenii de știință germani Knoll și Rothenhäusler au propus și implementat o schemă de microscop bazată pe undele de suprafață.

Un pic de teorie. Ecuațiile lui Maxwell într-un mediu

Ecuații materiale

De obicei căutăm o soluție sub forma undelor armonice plane care se propagă.

La substituirea acestui tip de solutie in ecuatii materiale, obtinem ca  si  depind de frecventa - dispersia temporala, iar vectorul de unda - dispersia spatiala. Relația dintre frecvență și vectorul de undă prin  și  se numește relație de dispersie.

În acest raport, vom presupune că  nu depinde de frecvență și = 1. În domeniul de frecvență optică, această condiție este destul de bine îndeplinită. Deoarece  depinde de frecvență, poate lua valori diferite, inclusiv negative.

Luați în considerare problema incidenței unei unde monocromatice plane dintr-un mediu cu  1 pe o suprafață ideală a unei substanțe  2 .

P
În acest caz, sunt îndeplinite următoarele condiții de limită:

Și
Din aceste condiții la limită, la înlocuirea formei obișnuite de soluții, se obțin binecunoscutele formule Fresnel, legea lui Snell etc. Cu toate acestea, astfel de soluții nu există întotdeauna. Să luăm în considerare cazul când permisivitatea mediului este negativă. Acest caz este realizat într-un anumit interval de frecvență în metale. Atunci soluții sub formă de unde care se propagă nu există. Vom căuta soluții sub formă de unde de suprafață.

Substituind o astfel de reprezentare în ecuațiile și condițiile la limită *, constatăm că există unde de tip TM (transvers-magnetic). Acestea sunt unde parțial longitudinale, vectorul câmpului electric poate avea o componentă longitudinală.

D
Pentru aceste unde, relațiile de dispersie pot fi obținute și din condițiile la limită.

Unde
- vector de undă în vid. Dependenţa de frecvenţă este prezentă implicit şi în funcţiile  1 () şi  2 ().

Deci, ce este permisivitatea negativă în metale? Principalele proprietăți optice ale metalelor sunt determinate de proprietățile electronilor. Electronii din metale sunt liberi, se pot mișca sub influența unui câmp electric. Mai mult, ele se mișcă în așa fel încât câmpul pe care îl creează este opus în direcție câmpului electric extern. De aici vine semnul negativ. Prin urmare, electronii din metal protejează parțial câmpul extern și acesta pătrunde în metal la o adâncime mult mai mică decât lungimea de undă. Cu toate acestea, dacă frecvența câmpului extern este atât de mare încât electronii nu au timp să reacționeze, atunci metalul devine transparent. Se numește frecvența caracteristică la care se întâmplă acest lucru frecventa plasmatica .

Iată o formulă simplă - formula Drude, care arată dependența constantei dielectrice a unui metal de frecvență.

unde  p este frecvența plasmei,  este frecvența de coliziune.

De asemenea, se poate explica pe degete de ce polarizarea undelor de suprafață este exact TM, unde câmpul electric este paralel cu suprafața. Electronii nu pot părăsi pur și simplu metalul; pentru aceasta, trebuie făcută muncă (funcția de lucru). Prin urmare, dacă câmpul electric este perpendicular pe suprafață, nu va duce la excitarea undelor de suprafață - electronii vor pierde energie la bariera de potențial - suprafață. În plus, câmpul este variabil și fie dă energie electronilor, fie o ia, astfel încât electronul să nu părăsească suprafața. Dacă câmpul este paralel cu suprafața, atunci el excită oscilații electronice în aceeași direcție, unde nu există o barieră de potențial.

Și de exemplu, curba de dispersie pentru undele de suprafață într-un metal. În figură, aceasta este curba albastră. Linia roșie este curba de dispersie pentru vid.

Condiția principală pentru excitarea oricăror unde este condiția potrivirii fazelor. Potrivirea fazelor este egalitatea vitezelor de fază ale undei incidente și ale undei de suprafață. Din curbele de dispersie se poate observa că este imposibil să excitați undele de suprafață într-o placă de metal printr-o undă incidentă din vid. Există două moduri de a excita undele de suprafață - a) reflecția internă totală frustrată și b) crearea de structuri rezonante la suprafață.

A) Reflexia internă totală frustrată este cunoscută și ca efect de tunel optic. La limita dielectrică, la un unghi de incidență mai mare decât unghiul de reflexie internă totală, apar unde de suprafață, care sunt apoi convertite în unde reflectate de volum. Dar atunci când condițiile de potrivire de fază sunt îndeplinite la interfața cu metalul, aceste unde pot fi transformate în unde de suprafață ale unei plăci de metal. Acest fenomen stă la baza excitației prismei undelor de suprafață.

B
) Prin structuri rezonante înțelegem aici structuri periodice cu o perioadă de ordinul lungimii de undă a undelor de suprafață. În astfel de structuri periodice, condiția de potrivire de fază se modifică - , unde este vectorul rețelei reciproce. Excitarea undelor de suprafață duce la anomalii ale lui Wood - o modificare a intensității luminii difractate de un rețeau de difracție, care diferă de legea standard de difracție.

P plasmonii de suprafață sunt excitați la anumite unghiuri de incidență a luminii, iar intensitatea luminii reflectate de la limită depinde foarte mult de unghiul de incidență. Aceasta este așa-numita rezonanță plasmonică. Când proprietățile suprafeței se modifică, unghiul de incidență la care se observă această rezonanță se modifică, prin urmare, prin reglarea la un anumit unghi de incidență, se poate observa o modificare a intensității luminii. Funcționarea unui microscop pe plasmonii de suprafață se bazează pe acest efect.

1 - laser

2 - polarizator

3 - tabel de coordonate

4 - prisma cu folie metalica

5 - telescop

6 - fotodetector

Laserul este focalizat pe suprafața peliculei de argint, pe care se află obiectul de observație. Folosind un tabel de coordonate, unghiul de incidență este selectat astfel încât să corespundă rezonanței plasmonului pentru un metal pur. Pe măsură ce proprietățile filmului se modifică, intensitatea luminii la fotodetector se modifică și această modificare poate fi folosită pentru a aprecia modificarea grosimii filmului.

-
detectie schimbare diel permeabilitatea la o grosime fixă ​​a peliculei

Detectarea modificării grosimii la motor fix. permeabilitate

Relația de incertitudine aici, totuși, nu este încălcată: pe de altă parte, de-a lungul unei coordonate diferite, în planul filmului, rezoluția este destul de scăzută - laserul este focalizat într-un punct de aproximativ 2 μm în dimensiune.

Și
O altă aplicație a undelor de suprafață este perspectivele de aplicare în litografia optică de înaltă rezoluție.

Fotorezist pe care este transferată imaginea originalului. Dimensiunea imaginii de ordinul a 10 nm

Folie metalică perforată. Excitarea eficientă a undelor de suprafață care transportă informații despre structura originalului

Originalul este o imagine de înaltă rezoluție produsă prin litografie cu fascicul de electroni.

ușoară

Litografia cu fascicul de electroni are rezoluție înaltă, dar necesită o aplicare secvențială a imaginii (linie cu linie, ca într-un televizor), care este foarte lungă pentru aplicațiile industriale. Dacă o astfel de oportunitate de a face copii este implementată la scară industrială, acest lucru va reduce semnificativ costul de producție a microstructurilor integrate.

Bibliografie:

1. S.I. Valiansky. Microscop pe plasmonii de suprafață, Jurnal Educaţional Soros, Nr. 8, 1999

2. M.N. Libenson Unde electromagnetice de suprafață din domeniul optic, Jurnal Educaţional Soros, Nr. 10, 1996

3. Rothenhäusler B., Knoll W. Microscopie de suprafață-plasmon, natură. 1988. Nr. 6165. str. 615-617.

4. Născut, lup " Fundamentele opticii”, capitolul „Optica metalelor”

5. F. J. Garcia-Vidal, L. Martin-Moreno Transmiterea și focalizarea luminii în metale unidimensionale periodic nanostructurate, Fiz. Rev. B 66, 155412 (2002)

6. N.A. Gippius, S. G. Tikhodeev, A. Krist, J. Kuhl, H. Giessen . Polaritoni cu ghid de undă plasmon în straturi metalo-dielectrice fotonic-cristale, Solid State Physics, 2005, Volumul 47, nr. unu

2005.

Undele de suprafață sunt unde care se propagă de-a lungul interfeței dintre două medii și pătrund în aceste medii la o distanță mai mică decât lungimea de undă. În undele de suprafață, toată energia este concentrată într-o vecinătate îngustă a interfeței, iar starea suprafeței afectează în mod semnificativ propagarea acestora. De aceea undele de suprafață sunt o sursă de informații despre starea suprafeței. Mai mult, interacțiunea undelor corpului și a undelor de suprafață poate duce la diferite efecte de suprafață, cum ar fi generarea de armonici, rotația planului de polarizare la reflexie și așa mai departe. Proprietățile undelor de suprafață pentru suprafețele ideale au fost studiate teoretic cu destul de mult timp în urmă, încă de la începutul secolului al XX-lea. Dar ei au învățat să obțină experimental suprafețe curate abia la sfârșitul secolului al XX-lea.

În 1901, Sommerfeld a găsit soluții speciale pentru ecuațiile lui Maxwell - unde amortizate exponențial care se propagă de-a lungul interfeței dintre două medii. La acea vreme nu se acorda nicio atenție lucrării sale, se credea că acestea sunt obiecte complet exotice. În 1902, Wood, studiind proprietățile rețelelor de difracție metalice, a descoperit la anumite frecvențe că propagarea luminii se abate de la legile difracției. Aceste abateri au fost numite anomalii ale lui Wood. În 1941, Fano a explicat aceste anomalii - energia trece în undele de suprafață. În 1969, Otto a propus o schemă de excitare a undelor de suprafață într-o peliculă metalică folosind o prismă. În 1971, Kretschmann a propus o geometrie diferită pentru aceeași. În 1988, oamenii de știință germani Knoll și Rothenhäusler au propus și implementat o schemă de microscop bazată pe undele de suprafață.

Un pic de teorie. Ecuațiile lui Maxwell într-un mediu

Ecuații materiale

La substituirea acestui tip de soluție în ecuații constitutive, obținem că e și m depind de dispersia frecvență - timp și vectorul de undă - dispersia spațială. Relația dintre frecvența și vectorul de undă prin e și m se numește relație de dispersie.

În acest raport, vom presupune că m nu depinde de frecvență și = 1. În domeniul de frecvență optică, această condiție este destul de bine îndeplinită. Deoarece e depinde de frecvență, poate lua valori diferite, inclusiv negative.

Luați în considerare problema incidenței unei unde monocromatice plane dintr-un mediu cu e1 pe o suprafață ideală a unei substanțe e2.

Din aceste condiții la limită, la înlocuirea formei obișnuite de soluții, se obțin binecunoscutele formule Fresnel, legea lui Snell etc.. Cu toate acestea, astfel de soluții nu există întotdeauna. Să luăm în considerare cazul când permisivitatea mediului este negativă. Acest caz este realizat într-un anumit interval de frecvență în metale. Atunci soluții sub formă de unde care se propagă nu există. Vom căuta soluții sub formă de unde de suprafață.

Substituind o astfel de reprezentare în ecuațiile și condițiile la limită *, constatăm că există unde de tip TM (transvers-magnetic). Acestea sunt unde parțial longitudinale, vectorul câmpului electric poate avea o componentă longitudinală.

unde Vacuum" href="/text/category/vacuum/" rel="bookmark">vacuum . Dependența de frecvență este implicită și în funcțiile e1(w) și e2(w).

Deci, ce este permisivitatea negativă în metale? Principalele proprietăți optice ale metalelor sunt determinate de proprietățile electronilor. Electronii din metale sunt liberi, se pot mișca sub influența unui câmp electric. Mai mult, ele se mișcă în așa fel încât câmpul pe care îl creează este opus în direcție câmpului electric extern. De aici vine semnul negativ. Prin urmare, electronii din metal protejează parțial câmpul extern și acesta pătrunde în metal la o adâncime mult mai mică decât lungimea de undă. Cu toate acestea, dacă frecvența câmpului extern este atât de mare încât electronii nu au timp să reacționeze, atunci metalul devine transparent. Se numește frecvența caracteristică la care se întâmplă acest lucru frecventa plasmatica .

Iată o formulă simplă - formula Drude, care arată dependența constantei dielectrice a unui metal de frecvență.

DIV_ADBLOCK4">

Deci, curba de dispersie pentru undele de suprafață într-un metal. În figură, aceasta este curba albastră. Linia roșie este curba de dispersie pentru vid.

Condiția principală pentru excitarea oricăror unde este condiția potrivirii fazelor. Potrivirea fazelor este egalitatea vitezelor de fază ale undei incidente și ale undei de suprafață. Din curbele de dispersie se poate observa că este imposibil să excitați undele de suprafață într-o placă de metal printr-o undă incidentă din vid. Există două moduri de a excita undele de suprafață - a) reflecția internă totală frustrată și b) crearea de structuri rezonante la suprafață.

a) Reflexia internă totală frustrată este cunoscută și sub denumirea de efect de tunel optic. La limita dielectrică, la un unghi de incidență mai mare decât unghiul de reflexie internă totală, apar unde de suprafață, care sunt apoi convertite în unde reflectate de volum. Dar atunci când condițiile de potrivire de fază sunt îndeplinite la interfața cu metalul, aceste unde pot fi transformate în unde de suprafață ale unei plăci de metal. Acest fenomen stă la baza excitației prismei undelor de suprafață.

b) Structurile rezonante înseamnă aici structuri periodice cu o perioadă de ordinul lungimii de undă a undelor de suprafață. În astfel de structuri periodice, condiția de potrivire de fază se modifică - , unde este vectorul rețelei reciproce. Excitarea undelor de suprafață duce la anomalii ale lui Wood - o modificare a intensității luminii difractate de un rețeau de difracție, care diferă de legea standard de difracție.

https://pandia.ru/text/78/325/images/image018_2.gif" align="left" width="85" height="72 src=">- detectarea modificărilor constantei dielectrice la o grosime fixă ​​a peliculei

Detectarea modificării grosimii la motor fix. permeabilitate

Relația de incertitudine aici, totuși, nu este încălcată: pe de altă parte, de-a lungul unei coordonate diferite, în planul filmului, rezoluția este destul de scăzută - laserul este focalizat într-un punct de aproximativ 2 μm în dimensiune.

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

ușoară

Litografia cu fascicul de electroni are rezoluție înaltă, dar necesită o aplicare secvențială a imaginii (linie cu linie, ca într-un televizor), care este foarte lungă pentru aplicațiile industriale. Dacă o astfel de oportunitate de a face copii este implementată la scară industrială, acest lucru va reduce semnificativ costul de producție a microstructurilor integrate.

Bibliografie:

1. . Microscop pe plasmonii de suprafață, Jurnal Educaţional Soros, Nr. 8, 1999

2. Unde electromagnetice de suprafață din domeniul optic, Jurnal Educaţional Soros, Nr. 10, 1996

3. Rothenhäusler B., Knoll W. Microscopie de suprafață-plasmon, natură. 1988. Nr. 000. str. 615-617.

4. Născut, lup " Fundamentele opticii”, capitolul „Optica metalelor”

5. F. J. Garcia-Vidal, L. Martin-Moreno Transmiterea și focalizarea luminii în metale unidimensionale periodic nanostructurate, Fiz. Rev. B66, 155

6. S. G. Tikhodeev, A. Krist, J. Kuhl, H. Giessen . Polaritoni cu ghid de undă plasmon în straturi metalo-dielectrice fotonic-cristale, Solid State Physics, 2005, Volumul 47, nr. unu

Dimensiune: px

Începeți impresia de la pagină:

transcriere

1 Syomkin Sergey Viktorovich, Smagin Viktor Pavlovich EFECTE ELECTROMAGNETICE CAUZATE DE UNDELE DE SUPRAFAȚA MĂRII Adresa articolului: Articolul este publicat în ediția autorului și reflectă punctul de vedere al autorului (autorilor) cu privire la această problemă. Sursa Almanahul științei și educației moderne Tambov: Diploma, (59). C ISSN Adresa revistei: Conținutul acestui număr al revistei: Editura Gramota Informații despre posibilitatea publicării articolelor în revistă sunt disponibile pe site-ul editurii: Întrebări legate de publicarea materialelor științifice, redactorii cer a fi transmise la:

2 194 Editura Gramota Pic. 3. Completarea competenţelor Dezvoltarea unui sistem informaţional de contabilizare a obiectelor unui sistem intelectual. 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 produse software suplimentare. Sistemul informatic dezvoltat pentru contabilizarea obiectelor de proprietate intelectuală 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 elementelor de proprietate intelectuala si inregistrarii la timp a rapoartelor asupra acestora. Sistemul informațional de contabilitate al proprietății intelectuale permite stocarea și gestionarea comodă și fiabilă a datelor departamentului, posibilitatea 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, va crește eficiența muncii cu proprietatea intelectuală. Referințe 1. Centrul de informare științifică și tehnică din întreaga Rusie [resursă electronică]. URL: (data accesării:). 2. Proprietate intelectuală: marcă, invenție, brevetare, avocat în brevete, birou de brevete, Rospatent [Resursă electronică]. URL: (data accesării:). 3. Sergeev A.P. Legea proprietății intelectuale în Federația Rusă: manual. Domnișoară. 4. Institutul Federal de Proprietate Industrială [Resursă electronică]. URL: (data accesării:). UDC Fizică și Matematică 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 este cunoscută a fi un lichid conducător datorită prezenței ionilor de diferite semne în ea. Conductivitatea sa electrică, în funcție de temperatură și salinitate, poate Syomkin S.V., Smagin V.P., 2012

3 ISSN Almanah of Modern Science and Education, 4 (59) variază pe suprafața oceanului cu 3-6 Sim/m. Mișcările macroscopice ale apei de mare în câmpul 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 sursei hidrodinamice - valuri de suprafață a mării, valuri interne, curenți și maree, valuri lungi precum tsunami-urile etc. Câmpul electromagnetic indus poate fi creat și de alte tipuri de mișcare macroscopică a apei - unde acustice și surse artificiale - explozii subacvatice și valuri de nave. În al doilea rând, acest câmp poate fi influențat de conductivitatea electrică a rocilor de fund și de topografia fundului mării. De asemenea, se poate observa că o problemă asemănătoare calculului câmpului indus în mediul marin apare și în seismologie - mișcarea litosferei în câmpul magnetic al Pământului duce la apariția curenților induși. Una dintre direcțiile de cercetare a structurii spațiu-timp 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 realizat 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 câmpurile induse de valurile de vânt în zonele de apă mică au fost investigate teoretic în această lucrare, ținând cont de o adâncime variabilă finită. Un model hidrodinamic mai complex al valurilor mării - undele vortex cu o creastă finită au fost luate în considerare. Adică, este posibil un număr semnificativ de opțiuni diferite pentru stabilirea 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 conductibilitatea 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 destul de posibilă o situație când rocile de fund au și proprietăți magnetice. În plus, rezultă [Ibid.] că, pentru mișcarea potențială a unui lichid, apariția curenților în rocile de fund este posibilă numai datorită efectelor de inducție - un termen din ecuațiile lui Maxwell. Iar respingerea 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 o astfel de 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 rezolvarea problemei determinării câmpului electromagnetic indus de mișcarea apei mării în câmpul geomagnetic se folosește sistemul de ecuații Maxwell: (1) Relația dintre perechile de vectori și (ecuații materiale) iar expresiile pentru densitatea curentului sunt diferite în diferite medii. Vom presupune că în aer (mediul I) relația dintre vectorii care caracterizează câmpul electromagnetic este aceeași ca și în vid, și nu există curenți electrici și sarcini spațiale: (2) Apa de mare (mediu II) va fi considerată omogenă atât din punct de vedere al proprietăților hidrodinamice și și electromagnetice. Ecuațiile materiale din sistemul de coordonate în raport cu care fluidul se mișcă sunt descrise în. Având în vedere viteza de mișcare a apei este mică, iar câmpul magnetic indus este mult mai mic decât câmpul geomagnetic, obținem: , (3) (4) unde și sunt permeabilitatea electrică și conductivitatea apei de mare. Luați în considerare problema volumului sarcinilor electrice din interiorul apei. Din ecuațiile (1), relația (3), legea lui Ohm (4) și condiția de conservare a sarcinii electrice se obține: (5) Pentru cazul unui proces staționar, când și, soluția (5) are forma: La,. Aceasta înseamnă că orice proces hidrodinamic și hidroacustic în stare de echilibru poate fi

4 196 Editura Gramota trebuie considerată ca stabilită şi în sensul 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. Rocile de fund (mediul III) se vor presupune a fi 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 de volum a sarcinilor electrice în mediul III respectă o ecuație similară cu (5), dar cu latura dreaptă zero. Prin urmare, într-un mod periodic staționar. Timpul caracteristic de stabilire a 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 și nu sunt cunoscute dinainte și se regăsesc la rezolvarea problemei. 3. Undă de suprafață bidimensională Considerăm o undă de suprafață bidimensională care se propagă de-a lungul axei (axa este îndreptată vertical în sus, iar planul coincide cu suprafața apei netulburată). Vitezele particulelor lichide vor fi următoarele:, (9) - adâncimea mării., și sunt legate prin relația de dispersie (10) , în funcție de latitudinea locului, și - unghiul dintre direcția de propagarea undelor și proiecția vectorului pe plan orizontal. Vom cauta solutia sistemului (1) sub forma Inlocuind aceste expresii in (1), obtinem: (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 și ecuațiile (12), (14), (15) și (17 ) pentru componentele, U. Rezolvăm ecuațiile grupului al doilea astfel și exprimăm în termeni de: iar ecuațiile pentru au forma

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, reducând 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): (limita I -II) (31) (limita II-III) (32) Din soluția obținută rezultă că componentele densității de curent și sunt egale cu zero în toate cele trei medii, ceea ce este în concordanță cu condiția de conservare a sarcinii electrice.Componenta nu este egală cu zero şi

6 198 Editura Gramota este în ordinul mărimii. Existența unor sarcini de suprafață care variază periodic la prima vedere contrazice condiția: deoarece mediul nu este supraconductor, nu există curenți de suprafață, iar modificarea sarcinii de suprafață poate fi asociată doar cu existența componentei curentului de volum normală la limită. . Valoarea acestei componente se va afla din condiția de conservare a sarcinii.Astfel, raportul va fi de ordinul a ceea ce este pentru apa de mare și frecvențele tipice ale valurilor vântului. Adică, atunci când aruncăm, nu depășim limitele de precizie cu care sunt luate în considerare ecuațiile constitutive (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 în raport cu meridianul magnetic, am calculat componentele câmpurilor magnetice și electrice din toate mediile, precum și sarcinile electrice de suprafață la fund și liber. suprafaţă. Efectul proprietăților electrice și magnetice ale rocilor de fund asupra câmpului magnetic indus de undă se manifestă după cum urmează. Orez. 1 În fig. Figura 1 prezintă dependențele amplitudinilor componentelor și egale deasupra suprafeței (în unități) de perioada de undă pentru undele de aceeași amplitudine. Curba 2 corespunde cazului unui fund nemagnetic și neconductiv (,), curba 1 - cazul unui fund conductiv nemagnetic (,), curba 4 - cazul unui fund magnetic neconductor (,) și curba 3 - în cazul unui fund conductiv 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 sale. 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) Figura 2 prezintă dependențele câmpului magnetic indus (în aceleași unități ca în Fig. 1) de adâncimea mării (în kilometri) pentru valurile cu o perioadă la,. 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 apa de mare. în roci de fund conductiv în cazul apei de mare potențiale de mișcare. 2. Sarcinile electrice de suprafață (30), (31) sunt determinate numai de componenta câmpului geomagnetic, amplitudinea și frecvența undelor și adâncimea oceanului și nu depind de permeabilitatea magnetică și conductibilitatea electrică a rocilor de fund și a apei 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 egală cu zero în aproximarea cvasistatică, iar componentele și, ca și 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 perioadei undelor, mărimea câmpului magnetic indus crește monoton până la o valoare limită finită cu o creștere a permeabilității magnetice a rocilor de fund și scade monoton cu o creștere a conductivității 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 și aeronomie S Guglielmi A. V. Unde electromagnetice de frecvență ultra joasă în crusta terestră și magnetosferă // SommerFN T // U. A. Electrodinamica. M., Savchenko V. N., Smagin V. P., Fonarev G. A. Probleme de electrodinamică marine. Vladivostok: VGUES, p. 5. S. V. Semkin, V. P. Smagin și V. N. Savchenko, „Magnetic field of an infrasonic wave in an oceanic waveguide,” Geomagn. Generarea perturbărilor câmpului magnetic în timpul unei explozii subacvatice // Izvestiya RAN. Fizica atmosferică și oceanică TS Smagin VP, Semkin SV, Savchenko VN Câmpuri electromagnetice induse de undele navelor // Geomagnetism și aeronomie TS Sretensky LN Teoria mișcărilor fluidelor ondulatorii. M.: Nauka, p. 9. Fonarev G. A., Semenov V. Yu. Câmp 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 Jurisprudență Victoria Vitalievna Sidorenko, Aigul Sharifovna Galimova Universitatea de Stat Bashkir PROBLEMA EFICIENȚEI 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, potrivit legilor și altor acte juridice, sunt legate de timpul de lucru. Timpul de lucru este o măsură naturală a muncii, deși există ca o categorie cu mai multe fațete, deoarece Starea generală de sănătate și activitatea vitală a unei persoane depind de durata timpului de lucru. Durata și intensitatea timpului de lucru afectează în mod direct durata de timp de care o persoană are nevoie pentru a se odihni pentru a-și restabili puterea, energia consumată, îndeplinirea responsabilităților familiale pentru creștere etc. Prin urmare, respectarea cea mai strictă a legislației privind timpul de muncă este, în același timp, asigurarea celui mai important drept constituțional al omului – dreptul la odihnă. Reglementarea timpului de muncă rezolvă sarcini atât de importante precum: stabilirea posibilei participări a cetăţenilor la munca socială, asigurarea protecţiei muncii, respectarea garanţiei 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 canalizant

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

Centrul pentru Institutul de Asigurare a Calității Educației Numele Grupului MODULUL: FIZICA (ELECTROMAGNETISM + OSCILAȚII ȘI UNDE (MODULUL 5 ȘI 6)) 1 Afirmații adevărate 1) proprietățile magnetice ale magneților permanenți se datorează

UDC 535.361 V. S. Gorelik și V. V. Shchalev REFLEXIA UNDELOR ELECTROMAGNETICE DE LA INTERFAȚA A DOUA MEDII CU INDICI DE REFRACTIVE POZITIV ȘI NEGATIV Relații noi pentru coeficienți

Undele electromagnetice. 1. Ecuația diferențială a undelor electromagnetice.Proprietățile de bază ale undelor electromagnetice. 3. Energia undelor electromagnetice. Vectorul Umov-Poining. 4. Radiația dipolară. unu.

I..3 Proprietăţile de bază ale undelor electromagnetice. 1. Transversitatea și ortogonalitatea vectorilor E r și H r

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

ÎNTREBĂRI STANDARD PENTRU TEST (h.) Ecuațiile lui Maxwell 1. Sistemul complet de ecuații lui Maxwell pentru un câmp electromagnetic are forma: Indicați care ecuații au ca rezultat următoarele afirmații: în natură

MECANICA APLICATA SI FIZICA INGINERIA. UDC 551.466.3 LA TEORIA UNDELOR STAȚIONARE ÎNTR-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 de-a lungul unei direcții date Prioritatea direcției este asigurată de sistemul de ghidare 5 Principalele proprietăți și parametri 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 SUCCES ÎN ȘTIINȚELE FIZICE NOTE METODOLOGICE INTERFERENȚA COMPONENTELOR REACTIVE ALE CÂMPULUI ELECTROMAGNETIC А.А. 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 FOLOSIND O LINIE CU DOUĂ FIRME Scopul lucrării Scopul acestei lucrări este studierea procesului de propagare a electromagnetice.

Opțional Metoda aproximărilor 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 lui 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.Acest proces

Câmp magnetic al unui conductor rectiliniu cu curent Informații teoretice de bază Câmp magnetic. Caracteristicile câmpului magnetic La fel ca în spațiul din jurul sarcinilor electrice staționare,

1 CURTEA 21 Electrostatică. Câmpuri care se schimbă încet. Ecuația Poisson. Rezolvarea ecuației Poisson pentru o sarcină punctiformă. Potenţialul câmpului unui sistem de taxe. Intensitatea câmpului electric al sistemului 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. Aceasta este

CURTEA 21 Electrostatică. Câmpuri care se schimbă încet. Condiții ale câmpurilor care se schimbă încet. Ecuația Poisson. Rezolvarea ecuației Poisson pentru o sarcină punctiformă. Potenţialul câmpului unui sistem de taxe. tensiune

W09 UNDELE ELECTROMAGNETICE. POLARITĂRI. Să trecem la luarea în considerare a 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 cvasi-staționară a câmpului

Khmelnik S.I. O nouă soluție a ecuațiilor lui Maxwell pentru o undă sferică Cuprins. Introducere. Rezolvarea ecuațiilor lui Maxwell 3. Fluxuri de energie 4. Pe o undă longitudinală 5. Concluzie Anexă Referințe Tabele

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

TEMA 16 ECUAȚII MAXWELL 161 Curentul de deplasare 162 Teoria unificată a fenomenelor electrice și magnetice a lui Maxwell Sistemul de ecuații al lui Maxwell 164 Explicații la teoria electrodinamicii clasice 165 Viteza de propagare

Subiect: Legile curentului alternativ Curentul electric se numește mișcarea ordonată a particulelor încărcate sau a corpurilor macroscopice Se numește curent variabil, 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 puneți pe toate împreună.

Electrostatică ÎNTREBĂRI STANDARD 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

Examen Condiția potrivirii fazelor (continuare) Acest obstacol poate fi ocolit datorită birefringenței (doi indici diferiți de refracție într-un cristal. Faptul este că doi

Abrevieri: Odef F-ka F-la - Pr - formula de definire exemplu de formula 1. Câmp electric 1) Proprietăți fundamentale ale sarcinii (lista) 2) Legea lui Coulomb (F-la, fig) 3) Vectorul electric

LICEUL 1580 (la Universitatea Tehnică de Stat din Moscova numită după N.E. BAUMAN) DEPARTAMENTUL „FUNDAMENTELE FIZICII”, clasa a XI-a, semestrul III AN ACADEMIC 2018-2019 Opțiunea 0 Sarcina 1. Inel de plivire de suprafață S = 100 cm. .01

L17 Teoria câmpului electromagnetic a lui Maxwell se bazează pe următoarele prevederi 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. Aici sunt doar puncte suplimentare

Eroarea lui Lorentz și a grupului Voronezh ANALIZA. Belyaev Viktor Grigorievici, munți. Fastov. [email protected] Adnotare. Aplicarea oricăror transformări de coordonate la ecuațiile lui Maxwell pentru a demonstra

Tema 3. Unde electromagnetice în materie. P.1. EMW în fond P.2. Dispersia. P.3. EMW într-o substanță conductoare P.4. Dispersia și amortizarea EMW într-un dielectric P.5. Polarizare 1 P.1. EMW în materie Problemă:

Mișcarea particulelor încărcate într-un câmp electric Informații teoretice de bază O forță Coulomb egală cu F QE acționează asupra unei sarcini Q plasate într-un câmp electrostatic de putere E Dacă puterea

Cursul 5 Propagarea undelor Reflexia si refractia sunetului k k sin k os

Jurnalul electronic „Proceedings of MAI”. Problema 68 www.a.ru/scece/rudy/ UDC 537.87+6.37 Rezolvarea problemei împrăștierii prin corpuri cilindrice extinse de diferite secțiuni Gigolo AI * Kuznetsov G. Yu. ** Moskovsky

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

Frecvența Langmuir și semnificația ei pentru fizica plasmei Ф Ф Mende

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

Curs 11 Plan 1. Fenomene optice la interfața dintre medii: reflexia și refracția luminii polarizate la interfața .. Formule Fresnel. 3. Efectul Brewster. 4. Modificarea fazei unei unde luminoase la

Fizică generală. familie 2 Curs 12 Unde electromagnetice (continuare) Plan de curs: 1. Intensitatea undelor electromagnetice. 2. Impulsul undelor electromagnetice. 3. Undă electromagnetică staționară. 4. Radiația

ȘTIINȚE FIZICE ȘI MATEMATICE UDC 5.9 UNDELE ELECTROCAPILARE GRAVITAȚIONALE DE SUPRAFAȚĂ PE UN STRAT DE CONDUCTOR LICHID Taktarov N.G. Egereva E.N. Universitatea de Stat din Mordovia, Saransk

29 Condiții la interfața dintre două medii div(D) = ρ

Cursul 8 Perturbații mici în gaze Luați în considerare propagarea perturbațiilor mici 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 de bază. 1. Tensiunea electrică Principiul suprapunerii. 2. Potențialul electricului 3. Fluxul vectorului tensiune. legea lui Gauss. 4. Electrostatic

1 Derivarea ecuațiilor pentru perturbațiile de curgere a fluidului 1.1 Perturbații sub formă de unde care călătoresc Să scriem sistemul complet de ecuații de mișcare a unui fluid vâscos incompresibil, constând din ecuația de continuitate și trei ecuații

Secţiunea I. Probleme inverse VI Dmitriev. DESPRE UNICITATEA SOLUȚIEI LA PROBLEMA TRIDIMENSIONALĂ INVERSA A SONDAJĂRII ELECTROMAGNETICE. Introducere. Întrebarea unicității soluției problemei inverse 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 până atunci

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

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

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

Efectul pielii nu tolerează efectul asupra pielii I.4 Efectul pielii 1 Analiză calitativă Să luăm acum în considerare fizica efectului pielii. Dacă există un curent constant 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 oscilator este conectat la o sursă de tensiune constantă pentru o lungă perioadă de timp (vezi figura). În momentul în care 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 DUPĂ NE BAUMAN ETAPA FINALĂ A CONCURSULUI ŞTIINŢIFIC ŞI EDUCAŢIONAL A OLIMPIADEI „PAS ÎN VIITOR” PE COMPLEXUL DE SUBIECTE „TEHNICĂ ŞI TEHNOLOGIE” EDUCAŢIONALĂ

Khmelnik SI Mai multe despre natura magnetismului Pământului Adnotare O ipoteză despre natura magnetismului Pământului este propusă și discutată. Cuprins. Introducere. Undă electromagnetică într-un condensator sferic 3. Magnetic

3. Lucrări de laborator 21 STUDIUL CÂMPULUI ELECTROSTATIC Obiectivele lucrării: 1) investigarea 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 vectorii de rază r 1 și r 2. Găsiți o sarcină negativă q 3 și vectorul de 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 OSCILAȚII PLASMICE În prelegerile anterioare, excitațiile elementare au fost luate în considerare în sisteme care se află în echilibru termodinamic. De exemplu, când au fost studiate superfluiditatea și supraconductibilitatea,

• Specialitatea HAC RF01.04.03
• Număr de pagini 155

Partea I. UNDELE MAGNETICO-PLASMATICE DE SUPRAFAŢĂ LENTE ÎN SEMICONDUCTORI

Capitolul I. Bazele teoretice ale existenţei undelor electromagnetice de suprafaţă

1.1. Structura unui câmp electromagnetic lângă suprafața unui semiconductor magnetizat

1.2. Teoria undei lente de suprafață

Capitolul II. metoda experimentala

2.1. Cerințe pentru metoda experimentală

2.2. Principii generale ale metodologiei

2.3. Setare experimentala

2.4. Despre tehnica de măsurare

2.5. Parametri de probă

Capitolul III. Modul val de călătorie

3.1. Ideea de experiment

3.2. Investigarea formei frontului de undă

3.3. Interferența undelor lente

3.4. Proprietățile de bază ale undelor

3.5. Reflectarea unei unde de la o margine a unui plan de ghid de undă

3.6. Eficiența excitației undelor de suprafață

3.7. Comunicarea unui val cu o suprafață

Capitolul IV. Propagarea prin ghid de undă a PMW

4.1. Experiment decisiv

4.2. Formarea modului ghid de undă

4.3. Regiunea de existență a valului

4.4. Atenuarea undelor lente de suprafață

4.5. Efectul temperaturii asupra propagarii undelor

Capitolul V. Regimul undelor stătătoare

5.1. Diagrama mișcării ondulatorii

5.2. Rezonator Planar 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 PMW lent

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 la adresa lui L.I. Mandelintamma

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

Capitolul II. Căutare experimentală a valurilor

2.1. metoda experimentala

2.2. Observarea valului Zenneck-Sommerfeld

2.3. Standing Pew pe o suprafață plată de apă

2.4. Experimente cu valuri care călătoresc

2.5. Divergența radială a undelor de suprafață

2.6. Structura câmpului vertical

2.7. Emițător SEW Zenneck

Capitolul III. Aplicații Zenneck SEW

3.1. Experimente de laborator în funcție de locație

3.2. Despre excitația SEW-urilor de pe suprafața oceanului

3.3. Experimentul natural al lui Hansen

3.4. Despre metoda experimentului natural

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 într-o plasmă de electroni limitată și neechilibrată a unui solid 1998, doctor în științe fizice și matematice Popov, Vyacheslav Valentinovich

• Efectele transformării rezonante a polarizării undelor electromagnetice în structurile cu plasmă activă magnetic bidimensional de electroni 2001, candidat la științe fizice și matematice Teperik, Tatiana Valerievna

• Propagarea și radiația undelor electromagnetice într-o structură deschisă cu o plasmă de electroni 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

Introducere în teză (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 propagă cu viteza luminii. În experimentele clasice ale lui Heinrich Hertz, undele electromagnetice au fost observate în spațiul liber. Rezultatele acestor experimente au câștigat rapid faimă și recunoaștere în întreaga lume. Nu atât de simplă, cu adevărat dramatică, a fost istoria cercetărilor asupra undelor electromagnetice de suprafață care apar la interfața dintre două medii cu proprietăți dielectrice diferite.

Conceptul de „unde electromagnetice de suprafață” (SEW) a fost introdus în știință de către Arnold Sommerfeld, când în 1899 a luat în considerare problema curentului axial într-un fir drept lung și a obținut soluții la ecuațiile lui Maxwell, a căror amplitudine scade rapid odată cu distanța de la suprafața firului. Aceste soluții au fost interpretate de el ca SEW, posibil prin analogie cu undele acustice de suprafață Rayleigh. Din experiență, undele electromagnetice de suprafață au fost aparent primele observate de R. Wood în 1902 în timpul împrăștierii electronilor într-o folie metalică subțire. 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 direcționare asupra propagării unei unde în vrac și că SEW este posibil la o interfață plată între medii cu pierderi mici.

În 1901, a avut loc un eveniment istoric: Guglielmo Marconi a realizat o transmisie radio peste Oceanul Atlantic la o frecvență de 30 kHz-. Această descoperire uimitoare a dus la reflecții asupra mecanismului de propagare a undelor radio. La acel moment, existența ionosferei Pământului nu era încă bănuită, așa că nu s-a discutat despre posibilitatea comunicării radio pe distanță lungă datorită reflectării unui fascicul radio din ionosferă. În schimb, s-a sugerat că un nou tip de undă radio, unda de suprafață (SW), a fost entuziasmat în experimentele sale.

Poate din acest motiv, în 1907, studentul absolvent al lui Sommerfeld, Jacek Zenneck, a preluat clarificarea problemei. El a subliniat legătura dintre studiile lui Kohn și Uller și problema propagării undelor radio pe suprafața pământului. În dezvoltarea rezultatelor lor, J. Zenneck a arătat că într-un mediu cu pierderi nu numai mici, ci și mari, ecuațiile lui Maxwell cu condiții de limită adecvate permit o soluție care poate fi numită undă de suprafață direcționată de o interfață plată între două medii:

P-vector Hertz) 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 SW care se propagă de-a lungul interfeței dintre medii cu permitivități 8 și e0 are forma k k,

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

CO C c este viteza luminii în vid. Unda este „atașată” de suprafață, viteza sa de fază depășește oarecum viteza luminii în dielectric și depinde de proprietățile suprafeței de bază. Zenneck credea că câmpul unui emițător real aflat la mare distanță de acesta ar arăta ca unda pe care a găsit-o. Totuși, din lucrarea sa rezultă doar compatibilitatea soluțiilor formei de mai sus cu ecuațiile electrodinamicii, posibilitatea existenței SW, dar câmpul nu este în niciun caz legat de antenă, adică. punctul principal al problemei radiațiilor nu este 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 în lucrarea clasică din 1909. Un pas semnificativ înainte, făcut de el, a fost că el nu a considerat pământul un conductor ideal, ci atmosfera un izolator absolut și a atribuit fiecărei jumătăți o anumită permitivitate și conductivitate finită.

Sommerfeld a arătat că câmpul electromagnetic radiat de un dipol poate fi reprezentat ca suma dintre o undă de suprafață și o undă corporală. El credea că SW predomină la distanțe mari 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 Zenneck SW. Conceptul de PV Zenneck, 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. „refracția țărmului” atunci când un val care trece 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 recunoscută ca eronată. A. Sommerfeld însuși, recunoscând inexactitățile în calcule, nu a considerat conceptul de undă de suprafață ca fiind eronat. Disputa teoreticienilor nu putea fi rezolvată decât prin experiment. Un astfel de experiment a fost înființat pentru prima dată de Feldman în 1933, care a studiat propagarea undelor radio în apropierea suprafeței Pământului (raza pământului) și nu a găsit niciun SW. Barrow a încercat apoi în 1937 să detecteze unda de suprafață Zenneck prin excitarea undelor radio pe suprafața lacului Saint Neck din statul New York și, de asemenea, a eșuat. O serie de experimente la scară largă au fost efectuate în țara noastră sub îndrumarea academicienilor L.I. Mandelstamm și N.D. Papaleksi. Timp de câțiva ani, din 1934 până în 1941, a fost studiat câmpul de radiație al antenelor radio convenționale, s-a studiat propagarea undelor radio de-a lungul suprafeței pământului (pe uscat și pe mare), dar în niciun caz nu a fost observată unda 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 undei 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 în experiment. Astfel, validitatea ecuațiilor electrodinamicii a fost pusă sub semnul întrebării. Dorința de a rezolva paradoxul l-a făcut pe autor să stabilească sarcina de a efectua cercetări independente în 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 brusc, iar în anii 40-50 practic nu au fost studiate. O renaștere a interesului pentru SEW a avut loc în anii 1960 în legătură cu studiul interacțiunii radiațiilor cu materia, în principal cu solidele și plasmele. Stern și Ferrell, aparent, au fost primii care au arătat că vârfurile observate în regiunea cu energie scăzută în timpul împrăștierii inelastice a electronilor rapizi într-o folie de metal (anomaliile Wood) pot fi explicate prin excitația plasmonilor de suprafață la interfața dintre metal. și pelicula 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. Procedând astfel, s-au tras 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 pe care se propagă. Distribuția câmpului de undă este cea mai bună dovadă a caracterului său de suprafață. În al doilea rând, se arată că unda de suprafață poate fi considerată ca un tip caracteristic de oscilații pentru o suprafață dată. Excitația SW este o problemă independentă și nu trebuie confundată cu condițiile de existență a undei. Deoarece viteza de fază a SEW este oarecum diferită de viteza luminii în aer, aceasta poate fi excitată cu ajutorul unei unde corporale numai dacă este îndeplinită condiția de sincronism - egalitatea aproximativă a vitezelor de fază, mai precis, egalitatea a componentelor vectorilor de undă în direcţia 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)

Zonele de existență ale SEW Fano și Zenneck

Zenneck 8 p o

1) valoarea e-complexului,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) mărime complexă r, c">-8o, c">0, .Pe interfața plată apare o undă Zenneck de suprafață cu o viteză de fază V>c (linia dreaptă 6 în Fig. 2). Înainte de munca noastră, acest val nu a fost observat. 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"

În trecerea 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 ecuație de dispersie diferită, mai complicată, care include funcțiile cilindrice Bessel și Hankel. Un grup de cercetători a reușit să excite unda SEW Zenneck-Sommerfeld în intervalul de microunde în condiții de laborator, să-și demonstreze natura superficială și să măsoare principalele caracteristici.

O nouă etapă în studiul SEW în plasmele gazoase și în stare solidă este asociată cu luarea în considerare a influenței unui câmp magnetic extern asupra unui mediu 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 SEW-urilor cunoscute (Fig. 2). Un plasmon de suprafață (curba 4 din Fig. 2), de exemplu, se transformă într-un magnetoplasmon cu o viteză de fază puțin mai mică (cu câteva%). S-a considerat însă că influența câmpului magnetic nu este foarte semnificativă.

Autorul a stabilit experimental (împreună cu V.I. Baibakov) că într-un câmp magnetic constant proprietățile electrodinamice ale suprafeței unui mediu conductor 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 unei plasme magnetizate, au proprietăți unice și se propagă cu viteze de fază mult mai mici decât viteza luminii în vid, pentru care au fost numite 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-PMW lentă; 2-lumini in dielectric; 3-Unde Langmuir-plasmoni în vrac; 4-plasmoni de suprafață în plasmă (polaritoni în dielectrici, magnoni în magneți); Fano cu 5 valuri; 6-Val Zenneck;

Lucrarea 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. PMW lente într-un solid au fost descoperite de noi în 1971. În timpul lor

Un studiu de 10 ani a dezvoltat o tehnică de excitare, separare dintr-un câmp 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 SMW lente într-o plasmă semiconductoare a fost dezvoltată 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. Yakovenko. 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 permitivitatea 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 în vrac (obișnuit-antihelicon și extra-ordinar-helicon, care diferă în direcția opusă polarizării circulare) cu caracteristici de propagare diferite. La frecvențe mult mai mici decât frecvența de coliziune a purtătorului V, precum și plasma Yup și ciclotron coc.(co « Wp, coc, V) în condiția V ~ coc, undele extraordinare au o atenuare mică, iar semiconductorul se dovedește a să fie 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 pe suprafața semiconductoarelor, care constau în continuitatea componentelor vectorului de intensitate a câmpului magnetic al undei la interfața dintre medii. Aceste condiții sunt îndeplinite pentru suprapunerea undelor obișnuite și extraordinare, care formează unde magnetoplasmei 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) PMW, care nu există fără câmp magnetic. .

Fie semiconductorul ocupă semi-spațiul y<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 relații

2 2 SOP-uri în [£yy (1 + BS 2 in) + 218ux BS in

După simplificare (2) ia forma ω = k2Nps 2 me

I0.ush@< О где 3 = а затухание:

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

5) unghiul dintre câmpul magnetic H 0 și vectorul de undă bidimensional k în planul interfeței, X2 ~ componenta vectorului de undă în mediu, cofrecvența, c-viteza luminii în vid, n-concentrația de purtătorii de sarcină principali într-un semiconductor, sarcină e-electron .

Relația (2a) arată că PMW 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 permanent. Unde magnetoplasme de suprafață lente 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 densă (curentul de deplasare este mic) monocomponentă a unui corp solid cu o masă anizotropă de purtători; acest lucru se observă, de exemplu, în semiconductori cu mai multe văi;

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

Schema regiunii de existență a SMW lente într-un semiconductor specific, 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 PMW lente și le-am studiat în antimoniură de indiu, un semiconductor cu mobilitate mare a purtătorului (până la l

77000 cm/V.sec la T=300), 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, 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 decurs în timp. Fiecare dintre aceste moduri a făcut posibilă determinarea acelor caracteristici ale undei care nu au putut fi obținute în alte moduri, repro

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

Tărâmul existenței.

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 prin suprafața semiconductorului de orientarea câmpului magnetic este prezentată în Fig.20. Se poate observa că pe suprafața semiconductorului magnetizat există două direcții distincte, în care se observă cea mai mare transmisie de semnal. Aceste direcții coincid cu sectoarele din domeniul teoretic al existenței PMW lente.

încetineala valurilor.

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

Dispersia

Măsurând dependența lungimii de undă de frecvența și intensitatea câmpului magnetic, s-a constatat că dispersia acestuia 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 în 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 clar atunci când o undă este excitată pe planurile unei plăci de antimoniură de indiu magnetizate paralel cu planul ei. Modelul direcțiilor de propagare a undelor pe planurile plăcii înregistrate în experiment este prezentat în Fig. 28. Undele excitate pe planurile superioare și inferioare în conformitate cu orientarea normalelor față de aceste planuri se deplasează în direcții opuse unele față de altele.

Structura transversală a câmpului de undă

Distribuția câmpului este prezentată în Fig. 44. Se poate observa că câmpul undei de suprafață cade pe ambele părți ale suprafeței semiconductorului, totuși, maximul său nu este la suprafață, ci este mutat adânc în mediu. O astfel de distribuție a amplitudinii este neobișnuită pentru undele de suprafață și alte unde de acest tip (unde electromagnetice rapide de suprafață, unde gravitațional-capilare pe suprafața unui lichid, unde acustice de suprafață) nu sunt observate. 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 viteze diferite de dezintegrare a câmpului adânc în semiconductor și sunt în antifază pe suprafața acestuia.

atenuare

Pentru antimonidul de indiu nativ 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 unitatea de lungime este de aproximativ 0,4 dB/mm, sau de două ori în amplitudine la o distanță de 10 mm. Pentru un PMW lent, atenuarea pe lungime de undă este constantă și nu depinde de frecvență.

Polarizare

Transmisia maximă a semnalului pe suprafața 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 PMW. . Strict vorbind, unda este polarizată eliptic.

Semnificația științifică și practică a rezultatelor obținute constă în faptul că spectrul de oscilații electromagnetice de suprafață cunoscute din domeniul de frecvență optică (plasmoni, polaritoni, magnoni) este completat cu două noi ramuri: o undă magneto-plasmă de suprafață lentă și una rapidă. Unda Sommerfeld-Zenneck, găsită în gama HF și microunde, care deschide o nouă direcție de cercetare HF în electrodinamica suprafeței.

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

Semnificația cercetării depășește fizica stării solide. În ionosfera Pământului există condiții favorabile pentru propagarea undelor lente de magnetoplasmă. În cazul detectării lor experimentale, este posibil să se utilizeze PMW 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, așa că este oportun să se furnizeze informații despre prioritatea și recunoașterea acestuia în Rusia și în străinătate.

Posibilitatea existenței PMW lente a fost teoretic fundamentată în articolul lui S.I. Khankina și V.M. Yakovenko „Despre excitația undelor electromagnetice de suprafață în semiconductori”, care a fost primit de editorii revistei Solid State Physics la 19 iulie 1966. . Descoperirea experimentală a undelor lente de către V.I. Baibakov și V.N.

După publicarea principalelor noastre lucrări, au apărut articole care au atins prioritatea și semnificația noului fenomen. De exemplu, într-un articol al lui Fly-v și Kuin, s-a remarcat că „Baibakov și Datsko au prezentat rezultate experimentale care indică faptul că o nouă undă de suprafață de frecvență joasă există într-o plasmă cu gaură de electroni HnSb la temperatura camerei”; A.B.Davydov și V.A.Zakharov subliniază prioritatea lui S.I.Khankina și V.M.Yakovenko în teoretic, V.I.Baybakov și V.N.Datsko în studiul experimental al unui nou tip de unde de suprafață. În articolul lui E.A. Kaner și V.M. Yakovenko din revista „Uspekhi fizicheskikh nauk” s-a remarcat faptul că

16 cunoscut în lucrare a fost recent descoperit experimental de Baibakov și Datsko în antimoniură de indiu.

În literatura științifică s-a discutat pe larg și chestiunea fiabilității fenomenului descoperit; in discutie s-a dovedit fiabilitatea. O confirmare experimentală independentă a fost lucrarea lui G. Ruybis și R. Tolutis.

Unde electromagnetice de suprafață pe apă sărată

Orice sursă reală a unui câmp electromagnetic situat la interfața dintre două medii excită atât undele de suprafață, cât și undele în vrac, iar separarea lor se dovedește a fi o problemă experimentală dificilă. În experimentele noastre, SEW au fost observate în condiții de laborator pe suprafața apei cu salinitate diferită (în principal 35%o) în intervalul de frecvență de 0,7-6,0 GHz. Au fost aplicate metode dezvoltate anterior de excitație și studiul undelor de suprafață staționare și de călătorie.

În modul unde staționare, unda Sommerfeld-Zenneck (modificare cilindrică a platului Zenneck SW) a fost observată pentru prima dată pe o coloană de apă sărată plasată între două foi de metal, care sunt un rezonator plat Fabry-Perot. Au fost măsurate dispersia și distribuția transversală a câmpului, indicând fără ambiguitate caracterul său de suprafață. Unda electromagnetică de suprafață a fost studiată și pe o suprafață de apă plană într-un rezonator de două plăci paralele plate scufundate în apă în condițiile rezonanței sale dimensionale. În acest caz, a fost efectuată separarea SW de câmpurile în vrac și a fost măsurată structura sa de amplitudine.

În modul unde călătorii, folosind un emițător special proiectat, a fost posibil să se rupe radiația de volum de la suprafață și să o direcționeze în sus la un unghi mare față de orizont, eliberând astfel PW de amestecul de câmp de volum. În radiația unei astfel de surse situate deasupra suprafeței apei s-a înregistrat prezența unei unde care se propagă de-a lungul suprafeței, a cărei amplitudine scade odată cu distanța p de la emițător, ceea ce corespunde divergenței SW-ului excitat de un axial. sursă simetrică. 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 acord cu calculele teoretice.

Analiza rezultatelor singurului experiment cunoscut de noi (Hansen, SUA, 1974) privind propagarea unui câmp electromagnetic din intervalul decametrului (5-30 MHz), excitat de antene speciale, pe suprafața oceanului de-a lungul a 237 km. s-a parcurs un drum lung. Spre deosebire de Hansen, care a găsit o anomalie inexplicabilă în propagarea unui câmp electromagnetic, am ajuns la concluzia că în experimentul său a fost excitat un amestec de unde corporale și de suprafață, iar calea în sine a ales unde mai puțin amortizate. Am arătat că la frecvențe sub o anumită frecvență critică dependentă de salinitate (15 MHz în cazul lui Hansen), Zenneck SW se atenuează mult mai slab decât fasciculul de sol. În consecință, la o frecvență peste 15 MHz, propagarea câmpului electromagnetic s-a produs printr-un fascicul terestru, iar la o frecvență sub 15 MHz, sub forma unui Zenneck SW, ceea ce explică anomalia. Datele privind atenuarea relativă 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 in vivo. Am luat în considerare diverse aspecte ale propagării PW pe suprafața oceanului (curbura Pământului, efecte ale valurilor) din punctul de vedere al posibilității de a crea noi canale de comunicații radio cu rază lungă de acțiune și radar pe unda de suprafață Zenneck.

Materialul disertației este prezentat în următoarea secvență.

Partea I. RMW lentă în semiconductori

În Capitolul I, este luat în considerare spectrul undelor electromagnetice normale de pe suprafața unui semiconductor magnetizat și este prezentată teoria undei magnetoplasmei de suprafață lentă.

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

În capitolul III sunt investigate undele care se deplasează de-a lungul unei suprafețe libere, se găsește regiunea existenței lor, forma undei, nereciprocitatea propagării și dependența lungimii de unghiul dintre direcția de propagare a acesteia și orientarea magneticului. se stabilesc câmpul, unda de suprafață și eliconul subteran sunt separate.

Capitolul IV este dedicat undelor de suprafață în structuri mărginite (modul de propagare a ghidului de undă). Se stabilește regiunea de existență a undei în câmpul magnetic, se măsoară atenuarea și efectul temperaturii asupra caracteristicilor de propagare și se demonstrează nereciprocitatea și unidirecționalitatea pronunțată a propagării undei față de câmpul magnetic.

Capitolul V prezintă rezultatele unui studiu în modul unde staționare într-un rezonator Fabry-Perot de suprafață. Se ia în considerare schema mișcării undei, se determină structura, dispersia și viteza acesteia. Este descris efectul unei concentrații neobișnuite a câmpului de undă în vrac, formarea de fascicule helicon în volumul unui semiconductor, descoperit în cursul studierii PMW 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 puncte fundamental importante ale teoriei lui A. Sommerfeld; conceptul teoretic al lui L.I.Mandelyptamm a fost considerat critic; este prezentată o vedere modernă a undelor electromagnetice de suprafață; sunt descrise principalele proprietăți ale undei Zenneck.

Teze similare la specialitatea „Radiofizică”, 01.04.03 cod VAK

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

• Modele de formare a micro- și nanostructurilor ordonate în medii condensate la excitarea laser a modurilor de polariton de suprafață 1999, doctor în științe fizice și matematice Soloviev, Oleg Viktorovich

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

REZULTATE PRINCIPALE

1 S-a dovedit că într-un câmp magnetic la interfața dintre un mediu asemănător plasmei și un dielectric, există unde electromagnetice de suprafață lente (y"c).

2 Spectrul oscilațiilor electromagnetice de suprafață este completat cu o ramură de joasă frecvență: undele magnetoplasmei lente sunt detectate și studiate în antimoniură de indiu la 200-400 K, în domeniile HF și microunde și în câmpuri magnetice de până la 30 kOe. Zona de existență stabilită; dispersie; viteza de fază și atenuare, structura câmpului transversal; polarizare.

3 S-a descoperit că într-un semiconductor magnetizat, un elicon în vrac lângă suprafață se transformă într-o undă pseudo-suprafață.

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 de „puncție electromagnetică”: într-o placă de antimoniură de indiu, plasată într-un câmp magnetic normal cu planul său, câmpul electromagnetic de microunde se propagă în volum cu excitație neomogenă sub forma unei undă cu o tensiune anormală. câmp concentrat care diferă de cunoscutul helicon.

7 Au propus 12 dispozitive bazate pe unde magnetoplasme de suprafață lente, au primit două certificate de drepturi de autor.

Vă rugăm să rețineți că textele științifice prezentate mai sus sunt postate pentru revizuire și obținute prin recunoașterea textelor originale ale disertațiilor (OCR). În acest sens, ele pot conține erori legate de imperfecțiunea algoritmilor de recunoaștere. Nu există astfel de erori în fișierele PDF ale disertațiilor și rezumatelor pe care le livrăm.