Povrchové vlny sú vlny, ktoré sa šíria pozdĺž rozhrania medzi dvoma médiami a prenikajú týmito médiami vo vzdialenosti menšej ako je vlnová dĺžka. Pri povrchových vlnách sa všetka energia sústreďuje v tesnom susedstve rozhrania a stav povrchu výrazne ovplyvňuje ich šírenie. Práve preto sú povrchové vlny zdrojom informácií o stave povrchu. Okrem toho interakcia telesných a povrchových vĺn môže viesť k rôznym povrchovým efektom, ako je generovanie harmonických, rotácia polarizačnej roviny pri odraze atď. Vlastnosti povrchových vĺn pre ideálne povrchy boli teoreticky študované pomerne dávno, už na začiatku dvadsiateho storočia. Ale experimentálne získať čisté povrchy sa naučili až na konci dvadsiateho storočia.
V roku 1901 Sommerfeld našiel špeciálne riešenia Maxwellových rovníc – exponenciálne tlmené vlny šíriace sa po rozhraní medzi dvoma médiami. V tom čase sa jeho dielu nevenovala žiadna pozornosť, verilo sa, že ide o úplne exotické predmety. V roku 1902 Wood pri štúdiu vlastností kovových difrakčných mriežok objavil pri určitých frekvenciách odchýlky šírenia svetla od zákonov difrakcie. Tieto odchýlky sa nazývali Woodove anomálie. V roku 1941 Fano vysvetlil tieto anomálie - energia prechádza do povrchových vĺn. V roku 1969 Otto navrhol schému budenia povrchových vĺn v kovovom filme pomocou hranola. V roku 1971 navrhol Kretschmann pre to isté inú geometriu. V roku 1988 nemeckí vedci Knoll a Rothenhäusler navrhli a implementovali mikroskopickú schému založenú na povrchových vlnách.
Trochu teórie. Maxwellove rovnice v médiu
Materiálové rovnice
Väčšinou hľadáme riešenie v podobe šírenia sa rovinných harmonických vĺn.
Pri dosadení tohto typu riešenia do materiálových rovníc dostaneme, že a závisia od frekvencie - časová disperzia a vlnového vektora - priestorová disperzia. Vzťah medzi frekvenciou a vlnovým vektorom cez a sa nazýva disperzný vzťah.
V tejto správe budeme predpokladať, že nezávisí od frekvencie a = 1. V optickom frekvenčnom rozsahu je táto podmienka celkom dobre splnená. Keďže závisí od frekvencie, môže nadobúdať rôzne hodnoty, vrátane záporných.
Uvažujme problém dopadu rovinnej monochromatickej vlny z prostredia s 1 na ideálny povrch nejakej látky 2 .
P 
V tomto prípade sú splnené nasledujúce okrajové podmienky:
A 
Z týchto okrajových podmienok sa pri dosadení zvyčajného tvaru riešení získajú známe Fresnelove vzorce, Snellov zákon atď. Takéto riešenia však nie vždy existujú. Zoberme si prípad, keď je permitivita média záporná. Tento prípad je realizovaný v určitom frekvenčnom rozsahu v kovoch. Potom riešenia vo forme šírenia vĺn neexistujú. Budeme hľadať riešenia v podobe povrchových vĺn.
Dosadením takéhoto zobrazenia do rovníc a okrajových podmienok * zistíme, že existujú vlny typu TM (priečno-magnetické). Sú to čiastočne pozdĺžne vlny, vektor elektrického poľa môže mať pozdĺžnu zložku.
D 
Pre tieto vlny sa dajú disperzné vzťahy získať aj z okrajových podmienok.
kde 
- vlnový vektor vo vákuu. Frekvenčná závislosť je implicitne prítomná aj vo funkciách 1 () a 2 ().
Čo je teda negatívna permitivita v kovoch? Hlavné optické vlastnosti kovov sú určené vlastnosťami elektrónov. Elektróny v kovoch sú voľné, môžu sa pohybovať vplyvom elektrického poľa. Okrem toho sa pohybujú takým spôsobom, že pole, ktoré vytvárajú, je v opačnom smere ako vonkajšie elektrické pole. Odtiaľ pochádza negatívne znamenie. Preto elektróny v kove čiastočne tieňujú vonkajšie pole a to preniká do kovu do hĺbky oveľa menšej ako je vlnová dĺžka. Ak je však frekvencia vonkajšieho poľa taká vysoká, že elektróny nestihnú zareagovať, potom sa kov stane transparentným. Charakteristická frekvencia, pri ktorej sa to deje, sa nazýva plazmatická frekvencia .
Tu je jednoduchý vzorec - Drudeho vzorec, ktorý ukazuje závislosť dielektrickej konštanty kovu od frekvencie.
kde p je plazmová frekvencia, je kolízna frekvencia.
Na prstoch je tiež možné vysvetliť, prečo je polarizácia povrchových vĺn práve TM, kde elektrické pole je rovnobežné s povrchom. Elektróny nemôžu jednoducho opustiť kov; na to je potrebné vykonať prácu (pracovná funkcia). Ak je teda elektrické pole kolmé na povrch, nedôjde k budeniu povrchových vĺn - elektróny stratia energiu na potenciálovej bariére - povrchu. Okrem toho je pole premenlivé a energiu buď dáva elektrónom, alebo ju odoberá, takže elektrón neopúšťa povrch. Ak je pole rovnobežné s povrchom, potom vybudí oscilácie elektrónov v rovnakom smere, kde nie je potenciálna bariéra.
A 
napríklad disperzná krivka pre povrchové vlny v kove. Na obrázku je to modrá krivka. Červená čiara je krivka disperzie pre vákuum.
Hlavnou podmienkou pre vybudenie akýchkoľvek vĺn je podmienka fázového prispôsobenia. Fázové prispôsobenie je rovnosť fázových rýchlostí dopadajúcej vlny a povrchovej vlny. Z disperzných kriviek je zrejmé, že nie je možné vybudiť povrchové vlny v kovovej platni vlnou dopadajúcou z vákua. Existujú dva spôsoby vybudenia povrchových vĺn - a) frustrovaný totálny vnútorný odraz a b) vytváranie rezonančných štruktúr na povrchu.
A) Frustrovaný celkový vnútorný odraz je známy aj ako efekt optického tunela. Na hranici dielektrika, pri uhle dopadu väčšom ako je uhol celkového vnútorného odrazu, vznikajú povrchové vlny, ktoré sa potom premieňajú na objemovo odrazené vlny. Ale keď sú splnené podmienky fázového prispôsobenia na rozhraní s kovom, tieto vlny sa môžu premeniť na povrchové vlny kovovej platne. Tento jav je základom hranolového budenia povrchových vĺn.
B 
) Rezonančnými štruktúrami tu rozumieme periodické štruktúry s periódou rádovo vlnovej dĺžky povrchových vĺn. V takýchto periodických štruktúrach sa mení podmienka fázovej zhody - , kde je recipročný mriežkový vektor. Excitácia povrchových vĺn vedie k Woodovým anomáliám - zmene intenzity svetla difraktovaného difrakčnou mriežkou, ktorá sa líši od štandardného difrakčného zákona.
P 
povrchové plazmóny sú excitované pri určitých uhloch dopadu svetla a intenzita svetla odrazeného od hranice veľmi silne závisí od uhla dopadu. Ide o takzvanú plazmónovú rezonanciu. Pri zmene vlastností povrchu sa mení uhol dopadu, pri ktorom je táto rezonancia pozorovaná, preto naladením na určitý uhol dopadu možno pozorovať zmenu intenzity svetla. Na tomto efekte je založená činnosť mikroskopu na povrchových plazmónoch.
1 - laser
2 - polarizátor
3 - súradnicová tabuľka
4 - hranol s kovovým filmom
5 - ďalekohľad
6 - fotodetektor
Laser je zaostrený na povrch strieborného filmu, na ktorom sa nachádza objekt pozorovania. Pomocou tabuľky súradníc sa zvolí uhol dopadu tak, aby zodpovedal rezonancii plazmónu pre čistý kov. Ako sa menia vlastnosti filmu, mení sa intenzita svetla na fotodetektore a túto zmenu možno použiť na posúdenie zmeny hrúbky filmu.
-
detekcia zmeny dielu priepustnosť pri pevnej hrúbke filmu
Detekcia zmeny hrúbky pri pevnom diele. priepustnosť
Vzťah neurčitosti tu však nie je narušený: na druhej strane, pozdĺž inej súradnice, v rovine filmu, je rozlíšenie dosť nízke – laser je zaostrený do bodu s veľkosťou asi 2 μm.
A 
Ďalšou aplikáciou povrchových vĺn je perspektíva aplikácie v optickej litografii s vysokým rozlíšením.
Fotorezist, na ktorý sa prenesie obraz originálu. Veľkosť obrazu rádovo 10 nm
Perforovaný kovový film. Efektívne budenie povrchových vĺn, ktoré nesú informáciu o štruktúre originálu
Originál je obraz s vysokým rozlíšením vytvorený elektrónovou litografiou.
svetlo
Litografia s elektrónovým lúčom má vysoké rozlíšenie, ale vyžaduje sekvenčnú aplikáciu obrazu (riadok po riadku, ako v TV), čo je pre priemyselné aplikácie veľmi dlhé. Ak sa takáto príležitosť na vytváranie kópií implementuje v priemyselnom meradle, výrazne to zníži náklady na výrobu integrovaných mikroštruktúr.
Bibliografia:
1. S.I. Valjanského. Mikroskop na povrchových plazmónoch, Soros Educational Journal, č. 8, 1999
2. M.N. Libenson Povrchové elektromagnetické vlny optického rozsahu, Soros Educational Journal, č. 10, 1996
3. Rothenhäusler B., Knoll W. Povrchová plazmónová mikroskopia, Príroda. 1988. Číslo 6165. s. 615-617.
4. Narodený, vlk" Základy optiky“, kapitola „Optika kovov“
5. F. J. Garcia-Vidal, L. Martin-Moreno Prenos a zaostrenie svetla v jednorozmerných periodicky nanoštruktúrovaných kovoch, Phys. Rev. B 66, 155412 (2002)
6. N.A. Gippius, S. G. Tikhodeev, A. Krist, J. Kuhl, H. Giessen . Plazmónové vlnovodné polarity v kovovo-dielektrických fotonických-kryštálových vrstvách, Fyzika pevných látok, 2005, zväzok 47, č. jeden
2005.
Povrchové vlny sú vlny, ktoré sa šíria pozdĺž rozhrania medzi dvoma médiami a prenikajú týmito médiami vo vzdialenosti menšej ako je vlnová dĺžka. Pri povrchových vlnách sa všetka energia sústreďuje v tesnom susedstve rozhrania a stav povrchu výrazne ovplyvňuje ich šírenie. Práve preto sú povrchové vlny zdrojom informácií o stave povrchu. Okrem toho interakcia telesných a povrchových vĺn môže viesť k rôznym povrchovým efektom, ako je generovanie harmonických, rotácia polarizačnej roviny pri odraze atď. Vlastnosti povrchových vĺn pre ideálne povrchy boli teoreticky študované pomerne dávno, už na začiatku dvadsiateho storočia. Ale experimentálne získať čisté povrchy sa naučili až na konci dvadsiateho storočia.
V roku 1901 Sommerfeld našiel špeciálne riešenia Maxwellových rovníc – exponenciálne tlmené vlny šíriace sa po rozhraní medzi dvoma médiami. V tom čase sa jeho dielu nevenovala žiadna pozornosť, verilo sa, že ide o úplne exotické predmety. V roku 1902 Wood pri štúdiu vlastností kovových difrakčných mriežok zistil pri určitých frekvenciách, že šírenie svetla sa odchyľuje od zákonov difrakcie. Tieto odchýlky sa nazývali Woodove anomálie. V roku 1941 Fano vysvetlil tieto anomálie - energia prechádza do povrchových vĺn. V roku 1969 Otto navrhol schému budenia povrchových vĺn v kovovom filme pomocou hranola. V roku 1971 navrhol Kretschmann pre to isté inú geometriu. V roku 1988 nemeckí vedci Knoll a Rothenhäusler navrhli a implementovali mikroskopickú schému založenú na povrchových vlnách.
Trochu teórie. Maxwellove rovnice v médiu
Materiálové rovnice
Pri dosadení tohto typu riešenia do konštitutívnych rovníc dostaneme, že e a m závisia od frekvenčno-časovej disperzie a vlnového vektora - priestorovej disperzie. Vzťah medzi frekvenciou a vlnovým vektorom cez e a m sa nazýva disperzný vzťah.
V tejto správe budeme predpokladať, že m nezávisí od frekvencie a = 1. V optickom frekvenčnom rozsahu je táto podmienka celkom dobre splnená. Keďže e závisí od frekvencie, môže nadobúdať rôzne hodnoty, vrátane záporných.
Uvažujme problém dopadu rovinnej monochromatickej vlny z prostredia s e1 na ideálny povrch nejakej látky e2.
Z týchto okrajových podmienok sa pri dosadení zvyčajného tvaru riešení získajú známe Fresnelove vzorce, Snellov zákon atď.. Nie vždy však takéto riešenia existujú. Zoberme si prípad, keď je permitivita média záporná. Tento prípad je realizovaný v určitom frekvenčnom rozsahu v kovoch. Potom riešenia vo forme šírenia vĺn neexistujú. Budeme hľadať riešenia v podobe povrchových vĺn.
Dosadením takéhoto zobrazenia do rovníc a okrajových podmienok * zistíme, že existujú vlny typu TM (priečno-magnetické). Sú to čiastočne pozdĺžne vlny, vektor elektrického poľa môže mať pozdĺžnu zložku.
kde Vacuum" href="/text/category/vacuum/" rel="bookmark">vakuum . Frekvenčná závislosť je tiež implicitná vo funkciách e1(w) a e2(w).
Čo je teda negatívna permitivita v kovoch? Hlavné optické vlastnosti kovov sú určené vlastnosťami elektrónov. Elektróny v kovoch sú voľné, môžu sa pohybovať vplyvom elektrického poľa. Okrem toho sa pohybujú takým spôsobom, že pole, ktoré vytvárajú, je v opačnom smere ako vonkajšie elektrické pole. Odtiaľ pochádza negatívne znamenie. Preto elektróny v kove čiastočne tieňujú vonkajšie pole a to preniká do kovu do hĺbky oveľa menšej ako je vlnová dĺžka. Ak je však frekvencia vonkajšieho poľa taká vysoká, že elektróny nestihnú zareagovať, potom sa kov stane transparentným. Charakteristická frekvencia, pri ktorej sa to deje, sa nazýva plazmatická frekvencia .
Tu je jednoduchý vzorec - Drudeho vzorec, ktorý ukazuje závislosť dielektrickej konštanty kovu od frekvencie.
DIV_ADBLOCK4">
Takže disperzná krivka pre povrchové vlny v kove. Na obrázku je to modrá krivka. Červená čiara je krivka disperzie pre vákuum.
Hlavnou podmienkou pre vybudenie akýchkoľvek vĺn je podmienka fázového prispôsobenia. Fázové prispôsobenie je rovnosť fázových rýchlostí dopadajúcej vlny a povrchovej vlny. Z disperzných kriviek je zrejmé, že nie je možné vybudiť povrchové vlny v kovovej platni vlnou dopadajúcou z vákua. Existujú dva spôsoby vybudenia povrchových vĺn - a) frustrovaný totálny vnútorný odraz a b) vytváranie rezonančných štruktúr na povrchu.
a) Frustrovaný celkový vnútorný odraz je známy aj ako efekt optického tunela. Na hranici dielektrika, pri uhle dopadu väčšom ako je uhol celkového vnútorného odrazu, vznikajú povrchové vlny, ktoré sa potom premieňajú na objemovo odrazené vlny. Ale keď sú splnené podmienky fázového prispôsobenia na rozhraní s kovom, tieto vlny sa môžu premeniť na povrchové vlny kovovej platne. Tento jav je základom hranolového budenia povrchových vĺn.
b) Rezonančnými štruktúrami sa tu rozumejú periodické štruktúry s periódou rádovo vlnovej dĺžky povrchových vĺn. V takýchto periodických štruktúrach sa mení podmienka fázovej zhody - , kde je recipročný mriežkový vektor. Excitácia povrchových vĺn vedie k Woodovým anomáliám - zmene intenzity svetla difraktovaného difrakčnou mriežkou, ktorá sa líši od štandardného difrakčného zákona.
https://pandia.ru/text/78/325/images/image018_2.gif" align="left" width="85" height="72 src=">- detekcia zmien dielektrickej konštanty pri pevnej hrúbke filmu
Detekcia zmeny hrúbky pri pevnom diele. priepustnosť
Vzťah neurčitosti tu však nie je narušený: na druhej strane, pozdĺž inej súradnice, v rovine filmu, je rozlíšenie dosť nízke – laser je zaostrený do bodu s veľkosťou asi 2 μm.
https://pandia.ru/text/78/325/images/image020_2.gif" width="155 height=70" height="70">
svetlo
Litografia s elektrónovým lúčom má vysoké rozlíšenie, ale vyžaduje sekvenčnú aplikáciu obrazu (riadok po riadku, ako v TV), čo je pre priemyselné aplikácie veľmi dlhé. Ak sa takáto príležitosť na vytváranie kópií implementuje v priemyselnom meradle, výrazne to zníži náklady na výrobu integrovaných mikroštruktúr.
Bibliografia:
1. . Mikroskop na povrchových plazmónoch, Soros Educational Journal, č. 8, 1999
2. Povrchové elektromagnetické vlny optického rozsahu, Soros Educational Journal, č. 10, 1996
3. Rothenhäusler B., Knoll W. Povrchová plazmónová mikroskopia, Príroda. 1988. Číslo 000. s. 615-617.
4. Narodený, vlk" Základy optiky“, kapitola „Optika kovov“
5. F. J. Garcia-Vidal, L. Martin-Moreno Prenos a zaostrenie svetla v jednorozmerných periodicky nanoštruktúrovaných kovoch, Phys. Rev. B66, 155
6. S. G. Tikhodeev, A. Krist, J. Kuhl, H. Giessen . Plazmónové vlnovodné polarity v kovovo-dielektrických fotonických-kryštálových vrstvách, Fyzika pevných látok, 2005, zväzok 47, č. jeden
Veľkosť: px
Začať zobrazenie zo stránky:
prepis
1 Syomkin Sergey Viktorovich, Smagin Viktor Pavlovich ELEKTROMAGNETICKÉ ÚČINKY ZPÔSOBENÉ VLNAMI MORSKÉHO POVRCHU Adresa článku: Článok je publikovaný v autorskej edícii a odráža pohľad autora (autorov) na túto problematiku. Zdroj Almanach modernej vedy a vzdelávania Tambov: Diplom, (59). C ISSN Adresa časopisu: Obsah tohto čísla časopisu: Vydavateľstvo Gramota Informácie o možnosti publikovania článkov v časopise sú dostupné na stránke vydavateľstva: Otázky súvisiace s vydávaním vedeckých materiálov redakcia žiada zaslať komu:
2 194 Vydavateľstvo Gramota Obr. 3. Dopĺňanie kompetencií Vypracovať informačný systém pre evidenciu objektov intelektuálneho systému. Bol zvolený programovací jazyk PHP, keďže tento programovací jazyk umožňuje vytvárať dynamické webové stránky a spájať ich s databázou implementovanou v MySQL. Tento prístup vám umožňuje umiestniť systém na internet a pristupovať k nemu odkiaľkoľvek bez ďalších softvérových produktov. Vyvinutý informačný systém pre účtovanie predmetov duševného vlastníctva prispieva k: - skráteniu času stráveného participáciou na vývoji a implementácii jednotnej patentovej a licenčnej politiky organizácie; - prerozdelenie pracovnej náplne zamestnancov organizácie; - zvýšenie efektívnosti účtovníctva a kontroly evidencie predmetov duševného vlastníctva a včasnej evidencie hlásení o nich. Informačný systém účtovníctva duševného vlastníctva umožňuje pohodlné a spoľahlivé uchovávanie a správu údajov útvaru, možnosť prípravy podkladov na podanie žiadosti o úradnú registráciu počítačového programu alebo databázy. Tým sa výrazne skvalitní služby na ochranu a ochranu duševného vlastníctva, zvýši sa efektívnosť práce s duševným vlastníctvom. Referencie 1. Celoruské vedecké a technické informačné centrum [Elektronický zdroj]. URL: (dátum prístupu:). 2. Duševné vlastníctvo: ochranná známka, vynález, patentovanie, patentový zástupca, patentový úrad, Rospatent [elektronický zdroj]. URL: (dátum prístupu:). 3. Sergeev A.P. Právo duševného vlastníctva v Ruskej federácii: učebnica. Pani. 4. Federálny inštitút priemyselného vlastníctva [Elektronický zdroj]. URL: (dátum prístupu:). Fyzika a matematika MDT Sergej Viktorovič Semkin, Viktor Pavlovič Smagin Štátna univerzita ekonómie a služieb Vladivostoku ELEKTROMAGNETICKÉ ÚČINKY SPÔSOBENÉ VLNAMI MORSKÉHO POVRCHU 1. Úvod Morská voda je známa ako vodivá kvapalina kvôli prítomnosti iónov rôznych znakov v nej. Jeho elektrická vodivosť v závislosti od teploty a slanosti môže Syomkin S.V., Smagin V.P., 2012
3 ISSN Almanach modernej vedy a vzdelávania, 4 (59) sa líšia na hladine oceánu v rozmedzí 3-6 Sim/m. Makroskopické pohyby morskej vody v geomagnetickom poli môžu byť sprevádzané objavením sa elektrických prúdov, ktoré zase vytvárajú dodatočné magnetické pole. Toto indukované pole ovplyvňuje množstvo rôznych faktorov. Prvý - typ hydrodynamického zdroja - morské povrchové vlny, vnútorné vlny, prúdy a prílivy a odlivy, dlhé vlny, ako sú cunami atď. Indukované elektromagnetické pole môžu vytvárať aj iné typy makroskopického pohybu vody – akustické vlny a umelé zdroje – podvodné výbuchy a lodné vlny. Po druhé, toto pole môže byť ovplyvnené elektrickou vodivosťou spodných hornín a topografiou morského dna. Možno tiež poznamenať, že problém podobný výpočtu indukovaného poľa v morskom prostredí vzniká aj v seizmológii - pohyb litosféry v magnetickom poli Zeme vedie k vzniku indukovaných prúdov. Jedným zo smerov výskumu časopriestorovej štruktúry indukovaného poľa je prípad, keď je generované dvojrozmernou povrchovou vlnou. Výpočet elektromagnetického poľa indukovaného povrchovou vlnou je možné vykonávať v rôznych aproximáciách a pre rôzne modely morského prostredia. Pole indukované morskými povrchovými vlnami v aproximácii nekonečne hlbokého oceánu bolo vypočítané v prácach a polia indukované veternými vlnami v zónach plytkej vody boli teoreticky skúmané v tejto práci, berúc do úvahy konečnú premennú hĺbku. Zložitejší hydrodynamický model morských vĺn - vírové vlny s konečným hrebeňom boli uvažované v r. To znamená, že je možný značný počet rôznych možností na nastavenie problému v závislosti od vplyvu, ktoré konkrétne faktory je potrebné vziať do úvahy. V tomto článku študujeme vplyv elektrických a magnetických vlastností spodných hornín, konkrétne ich magnetickej permeability a elektrickej vodivosti, na indukované elektromagnetické pole. Štúdium vplyvu vlastností spodných hornín na magnetické pole sa zvyčajne obmedzuje na zohľadnenie iba ich elektrickej vodivosti, pretože spodné horniny spravidla nemajú výrazné magnetické vlastnosti. V pobrežnej zóne oceánu je však celkom možná situácia, keď aj horniny na dne majú magnetické vlastnosti. Okrem toho sa ukazuje [Tamtiež], že pre potenciálny pohyb kvapaliny je výskyt prúdov v spodných horninách možný len vďaka indukčným efektom – výraz v Maxwellových rovniciach. A odmietnutie tohto pojmu (kvázistatická aproximácia) vedie k tomu, že indukované pole vôbec nezávisí od vodivosti spodných hornín. Preto budeme uvažovať nad takouto formuláciou problému určenia elektromagnetického poľa indukovaného povrchovou vlnou, v ktorej má dno nielen elektrickú vodivosť, ale aj magnetické vlastnosti, a budeme brať do úvahy aj vplyv samoindukcie. . 2. Základné rovnice a okrajové podmienky Na riešenie úlohy určenia elektromagnetického poľa vyvolaného pohybom morskej vody v geomagnetickom poli sa používa systém Maxwellových rovníc: (1) Vzťah medzi dvojicami vektorov a (materiálové rovnice) a výraz pre prúdovú hustotu sa v rôznych médiách líši. Budeme predpokladať, že vo vzduchu (médium I) je vzťah medzi vektormi charakterizujúcimi elektromagnetické pole rovnaký ako vo vákuu a neexistujú žiadne elektrické prúdy a vesmírne náboje: (2) Morská voda (médium II) sa bude považovať za homogénnu. z hľadiska hydrodynamických a elektromagnetických vlastností. Materiálové rovnice v súradnicovom systéme, vzhľadom na ktorý sa tekutina pohybuje, sú opísané v. Vzhľadom na to, že rýchlosť pohybu vody je malá a indukované magnetické pole je oveľa menšie ako geomagnetické pole, dostaneme: , (3) (4) kde a sú elektrická permeabilita a vodivosť morskej vody. Zvážte otázku objemových elektrických nábojov vo vode. Z rovníc (1), vzťahu (3), Ohmovho zákona (4) a podmienky zachovania elektrického náboja dostaneme: (5) Pre prípad stacionárneho procesu, keď a má riešenie (5) tvar: V,. To znamená, že môžu byť akékoľvek hydrodynamické a hydroakustické procesy v ustálenom stave
4 196 Vydavateľstvo Gramota treba považovať za etablované aj v elektrodynamickom zmysle. Keďže cyklické frekvencie nepresahujú ani ultrazvukové vlny, môžeme s dobrou presnosťou predpokladať, že pri potenciálnom pohybe morskej vody () teda v morskej vode nie sú žiadne vesmírne náboje. Horniny dna (médium III) sa budú považovať za polonekonečné homogénne médium s vodivosťou, dielektrickou a magnetickou permeabilitou, resp. Materiálové rovnice a Ohmov zákon v tomto prostredí sú nasledovné: (6) Objemová hustota elektrických nábojov v médiu III sa riadi rovnicou podobnou (5), ale s nulovou pravou stranou. Preto v stacionárnom periodickom režime. Charakteristický čas nastolenia rovnováhy je rovnakého rádu ako Ako je znázornené na , okrajové podmienky na hraniciach I-II a II-III majú rovnaký tvar pre nízke rýchlosti pohybu vody ako pre stacionárne médiá. Teda na hranici I-II:, (7) Na hranici II-III:, (8) Hustoty povrchového náboja nie sú vopred známe a zisťujú sa pri riešení úlohy. 3. Dvojrozmerná povrchová vlna Uvažujme dvojrozmernú povrchovú vlnu šíriacu sa pozdĺž osi (os smeruje zvislo nahor a rovina sa zhoduje s nenarušenou vodnou hladinou). Rýchlosti kvapalných častíc budú nasledovné:, (9) - hĺbka mora., a súvisia s disperzným vzťahom (10) , v závislosti od zemepisnej šírky miesta, a - uhol medzi smerom šírenie vlny a premietanie vektora do horizontálnej roviny. Budeme hľadať riešenie sústavy (1) v tvare Dosadením týchto výrazov do (1) dostaneme: (11) (12) (13) (14) (15) ( () (16) ( (17) ( () (18) Rovnice (11)-(18) možno rozdeliť do dvoch skupín: rovnice (11), (13), (16) a (18) pre zložky a a rovnice (12), (14), (15) a (17 ) pre zložky, U. Rovnice druhej skupiny riešime nasledovne a vyjadrujeme v zmysle: a rovnice pre majú tvar
5 ISSN Almanach modernej vedy a vzdelávania, 4 (59) v prostredí II:, (21) (22) v prostredí III:, (23) Na určenie koeficientov a používame okrajové podmienky (7) a (8) Vylúčením a zredukovaním sústavy na dve rovnice a ktoré zapíšeme v maticovom tvare: () () () Riešením tejto sústavy nájdeme koeficienty, cez ktoré sú vyjadrené zložky elektromagnetického poľa a. Podobným spôsobom riešime pre zložky sústavu rovníc (11), (13), (16) a (18) a rovnice pre majú tvar Zložka je vyjadrená z (19). Riešením (25) a použitím (23) a (19) nájdeme zložky v médiu I: v médiu II: (24) (25) (26) (27) v médiu III: Pomocou okrajových podmienok (7) a (8) ), dostaneme: (28) Preto a. Teda vo všetkých troch prostrediach a ( (29) ( (30) Komponent má na hraniciach medzi prostrediami diskontinuity. To znamená, že na hraniciach sú povrchové náboje, ktorých hustoty sú určené z podmienok (7) a ( 8): (hranica I -II) (31) (hranica II-III) (32) Zo získaného riešenia vyplýva, že zložky prúdovej hustoty a sú rovné nule vo všetkých troch prostrediach, čo je v súlade s podmienkou zachovania elektrického náboja.zložka sa nerovná nule a
6 198 Vydavateľstvo Gramota je rádovo. Existencia periodicky sa meniacich povrchových nábojov na prvý pohľad odporuje podmienke: keďže médium nie je supravodivé, neexistujú žiadne povrchové prúdy a zmena povrchového náboja môže byť spojená iba s existenciou zložky objemového prúdu kolmej k hranici . Hodnotu tejto zložky zistíme z podmienky zachovania náboja, teda pomer bude rádovo ako pre morskú vodu a typické frekvencie veterných vĺn je približne. To znamená, že pri vyraďovaní neprekračujeme hranice presnosti, s ktorými sú uvažované konštitutívne rovnice (2), (4) a (6) a okrajové podmienky (7) a (8). 4. Výsledky výpočtu a závery Pre dvojrozmernú povrchovú vlnu, ktorá má ľubovoľný smer vzhľadom na magnetický poludník, sme vypočítali zložky magnetického a elektrického poľa vo všetkých prostrediach, ako aj povrchové elektrické náboje na dne a voľné povrch. Vplyv elektrických a magnetických vlastností spodných hornín na magnetické pole vyvolané vlnením sa prejavuje nasledovne. Ryža. 1 Na obr. Obrázok 1 ukazuje závislosti amplitúd komponentov a rovnakých nad povrchom (v jednotkách) od periódy vlny pre vlny rovnakej amplitúdy. Krivka 2 zodpovedá prípadu nemagnetického a nevodivého dna (,), krivka 1 - prípadu nemagnetického vodivého dna (,), krivka 4 - prípad magnetického nevodivého dna (,), a krivka 3 - k prípadu magnetického vodivého dna (,). Všetky krivky sú vypočítané pre daný prípad Ukazuje sa, že pre akúkoľvek hodnotu periódy vlnenia sa indukované pole monotónne zvyšuje s rastom magnetickej permeability dna a klesá s rastom jeho vodivosti. Závislosť magnetického poľa na perióde vlny môže byť buď monotónne rastúca, alebo môže mať maximum, v závislosti od orientácie vlny vzhľadom na geomagnetické pole. Ryža. 2
7 ISSN Almanach modernej vedy a vzdelávania, 4 (59) Obrázok 2 ukazuje závislosti indukovaného magnetického poľa (v rovnakých jednotkách ako na obr. 1) od hĺbky mora (v kilometroch) pre vlny s periódou pri,. Krivky 1, 2, 3 a 4 zodpovedajú hodnotám rovným 1, 2, 10 a 100. Zo získaných výsledkov možno vyvodiť tieto všeobecné závery: 1. Objemové elektrické náboje nevznikajú ani v morskej vode, resp. vo vodivých spodných horninách v prípade potenciálneho pohybu morskej vody. 2. Povrchové elektrické náboje (30), (31) sú určené len zložkou geomagnetického poľa, amplitúdou a frekvenciou vĺn a hĺbkou oceánu a nezávisia od magnetickej permeability a elektrickej vodivosti hornín dna a morskej vody. 3. Pozdĺžna zložka indukovaného magnetického poľa je nulová vo všetkých médiách. 4. Pozdĺžna zložka indukovaného elektrického poľa sa v kvázistatickej aproximácii rovná nule a zložky a podobne ako povrchové elektrické náboje nezávisia od elektrických a magnetických vlastností vody a spodných hornín. 5. Pre všetky hodnoty hĺbky oceánu a periódy vĺn sa veľkosť indukovaného magnetického poľa monotónne zvyšuje na konečnú hraničnú hodnotu so zvýšením magnetickej permeability hornín dna a monotónne klesá so zvýšením ich vodivosti. Literatúra 1. Gorskaya E. M., Skrynnikov R. T., Sokolov G. V. Variácie magnetického poľa vyvolané pohybom morských vĺn v plytkej vode // Geomagnetizmus a aeronómia S Guglielmi A. V. Ultra-nízkofrekvenčné elektromagnetické vlny v zemskej kôre a magnetosfére // UFN T S Sommerfeld A. Elektrodynamika. M., Savchenko V. N., Smagin V. P., Fonarev G. A. Problémy morskej elektrodynamiky. Vladivostok: VGUES, s. 5. S. V. Semkin, V. P. Smagin a V. N. Savchenko, "Magnetické pole infrazvukových vĺn v oceánskom vlnovode", Geomagn. Generovanie porúch magnetického poľa počas podvodnej explózie // Izvestiya RAN. Atmosférická a oceánska fyzika TS Smagin VP, Semkin SV, Savchenko VN Elektromagnetické polia indukované lodnými vlnami // Geomagnetizmus a aeronómia TS Sretensky LN Teória pohybu vĺn. M.: Nauka, s. 9. Fonarev G. A., Semenov V. Yu. Elektromagnetické pole morských povrchových vĺn // Štúdium geomagnetického poľa vo vodách morí a oceánov. M.: IZMIRAN, S Fraser D. C. Magnetické polia oceánskych vĺn // Geophys. Journal Royal Astron. Soc Vol P Larsen J. C. Elektrické a magnetické polia indukované hlbokomorskými prílivmi // Geophys. Journal Royal Astron. Soc Vol. 16. P Pukhtyar L. D., Kukushkin A. S. Vyšetrovanie elektromagnetických polí indukovaných pohybom mora // Fyzická oceánografia Vol P Sanford T. B. Pohybovo indukované elektrické a magnetické polia v mori // J. Geophys. Res Vol P Warburton F., Caminiti R. Indukované magnetické pole morských vĺn // J. Geophys. Res Vol P Weaver J. T. Magnetic Variation Associated with Ocean Waves and Swell // J. Geophys. Res Vol P UDC 34 Právna veda Victoria Vitalievna Sidorenko, Aigul Sharifovna Galimova Štátna univerzita Bashkir PROBLÉM EFEKTÍVNOSTI VYUŽÍVANIA PRACOVNÉHO ČASU Pracovný čas je dôležitou kategóriou v organizácii práce v podniku. Predstavuje čas, počas ktorého musí zamestnanec v súlade s vnútornými pracovnoprávnymi predpismi a podmienkami pracovnej zmluvy plniť pracovné povinnosti, ako aj ďalšie časové úseky, ktoré v súlade so zákonmi a inými právnymi predpismi súvisia pracovny cas. Pracovný čas je prirodzeným meradlom práce, pričom existuje ako mnohostranná kategória, pretože Celkový zdravotný stav a životná aktivita človeka závisí od dĺžky pracovného času. Dĺžka a intenzita pracovného času priamo ovplyvňuje dĺžku času, ktorý človek potrebuje na odpočinok, aby obnovil sily, vydanú energiu, splnil si rodinné povinnosti pri výchove a pod. Najprísnejšie dodržiavanie právnej úpravy pracovného času je preto zároveň zabezpečením najdôležitejšieho ústavného ľudského práva – práva na odpočinok. Úprava pracovného času rieši také dôležité úlohy, akými sú: ustanovenie možnej účasti občanov na sociálnej práci, zabezpečenie ochrany práce, dodržiavanie záruky práva na odpočinok. Sidorenko V. V., Galimova A. Sh., 2012
Teória prenosových vedení Šírenie elektromagnetickej energie pozdĺž vodiacich systémov Vodiaci systém je vedenie schopné prenášať elektromagnetickú energiu v danom smere. Tak kanalizačné
4. ELEKTROMAGNETICKÉ VLNY 4.. Vlnová rovnica elektromagnetického vlnenia Z Maxwellových rovníc vyplýva, že elektromagnetické pole môže existovať bez elektrických nábojov a prúdov. o
Centrum pre zabezpečenie kvality vzdelávania Názov skupiny MODUL: FYZIKA (ELEKTROMAGNETIZMUS + KMITY A VLNY (MODUL 5 A 6)) 1 Pravdivé tvrdenia 1) magnetické vlastnosti permanentných magnetov sú spôsobené
MDT 535,361 V. S. Gorelik a V. V. Shchalev ODRAZ ELEKTROMAGNETICKÝCH VLN OD ROZHRANIA DVOCH MÉDIÍ S POZITÍVNYMI A NEGATÍVNYMI INDEXMI refrakcie Nové vzťahy pre koeficienty
Elektromagnetické vlny. 1. Diferenciálna rovnica elektromagnetického vlnenia Základné vlastnosti elektromagnetického vlnenia. 3. Energia elektromagnetických vĺn. Vektor Umov-Poining. 4. Dipólové žiarenie. jeden.
I..3 Základné vlastnosti elektromagnetických vĺn. 1. Transverzita a ortogonalita vektorov E r a H r
MDT 539. 25 PRESNÉ RIEŠENIE PROBLÉMU INTERAKCIE NEHOMOGÉNNYCH VLN S PLOCHOU HRANICOU Kh.B. Tolipov Analýza charakteristík poľa rozptýlených vĺn je klasickým problémom geofyziky, ultrazvukom
ŠTANDARDNÉ OTÁZKY NA TEST (h.) Maxwellove rovnice 1. Úplný systém Maxwellových rovníc pre elektromagnetické pole má tvar: Uveďte, z ktorých rovníc vyplývajú nasledujúce tvrdenia: v prírode
APLIKOVANÁ MECHANIKA A TECHNICKÁ FYZIKA. MDT 551.466.3 K TEÓRII STACIONÁRNYCH VLN V HORIZONTÁLNOM PRIETOKU S PROFILOM LINEÁRNEJ RYCHLOSTI A. A. Zaitsev, A. I. Rudenko Atlantik
5 Vedené vlny Vedená vlna je vlna, ktorá sa šíri daným smerom Prioritu smeru zabezpečuje vodiaci systém 5 Hlavné vlastnosti a parametre vedenej vlny
Kinetická indukčnosť nábojov a jej úloha v klasickej elektrodynamike Mende F. F. Dielektrická a magnetická permeabilita materiálových médií sú základné parametre, ktoré sú zahrnuté
December 1992 Ročník 162, 12 ÚSPECH VO FYZIKÁLNYCH VEDÁCH METODICKÉ POZNÁMKY RUŠENIE REAKČNÝCH KOMPONENTOV ELEKTROMAGNETICKÉHO POĽA А.А. Kolokolov, (Moskovský inštitút fyziky a technológie, Moskovský obrábací stroj
LABORATÓRNE PRÁCE Č. 2.11 STANOVENIE RÝCHLOSTI ŠÍRENIA ELEKTROMAGNETICKÝCH VLN POMOCOU DVOJDRÔTOVÉHO VLNA Účel práce Účelom tejto práce je študovať proces šírenia elektromagnetického vlnenia.
Nepovinné Metóda postupných aproximácií na výpočet kvázistacionárnych elektromagnetických polí (táto otázka nie je v učebniciach) Ak sa elektromagnetické polia v čase menia pomaly, potom rovnice
Safronov V.P. 2012 ELEKTROMAGNETICKÉ POLE. MAXWELLOVE ROVNICE - 1 - Kapitola 17 ELEKTROMAGNETICKÉ POLIE Systém štyroch Maxwellových rovníc úplne opisuje elektromagnetické procesy. 17.1. PRVÝ PÁR
4 ELEKTROMAGNETICKÉ KMITY A VLNY Oscilačný obvod je elektrický obvod zložený z kondenzátorov a cievok, v ktorom je možný oscilačný proces dobíjania kondenzátorov.
Magnetické pole priamočiareho vodiča s prúdom Základné teoretické informácie Magnetické pole. Charakteristika magnetického poľa Rovnako ako v priestore obklopujúcom stacionárne elektrické náboje,
1 PREDNÁŠKA 21 Elektrostatika. Pomaly sa meniace polia. Poissonova rovnica. Riešenie Poissonovej rovnice pre bodový náboj. Potenciál oblasti systému poplatkov. Intenzita elektrického poľa sústavy nábojov.
1 Tlak a hybnosť elektromagnetických vĺn Tlak elektromagnetickej vlny na povrch ideálneho vodiča 1. Elektromagnetické vlny, odrazené alebo pohltené v telesách, na ne vyvíjajú tlak. Toto je
PREDNÁŠKA 21 Elektrostatika. Pomaly sa meniace polia. Podmienky pomaly sa meniacich polí. Poissonova rovnica. Riešenie Poissonovej rovnice pre bodový náboj. Potenciál oblasti systému poplatkov. napätie
W09 ELEKTROMAGNETICKÉ VLNY. POLARITONY. Prejdime k úvahám o vlastnostiach elektromagnetických vĺn v rôznych prostrediach. Použijeme známe Maxwellove rovnice v tvare 1 B div D 0 rot E t (1)
Lekcia 17 Téma: Pohyb vlny Elektromagnetická vlna Účel: Rovnica postupujúcej harmonickej vlny Posun, fáza, vlnový vektor Energia vlny Poyntingov-Umov vektor Stojatá vlna Stručná teória Vlna
1 1 Kvázistacionarita poľa
Khmelnik S.I. Nové riešenie Maxwellových rovníc pre sférickú vlnu Obsah. Úvod. Riešenie Maxwellových rovníc 3. Toky energie 4. Na pozdĺžnej vlne 5. Záver Príloha Odkazy Tabuľky
Semester Prednáška Vlny Vlny. Rovnica rovinnej monochromatickej vlny. vlnová rovnica. Otázky. Mávať. Predná časť vlny. vlnová plocha. Priečne a pozdĺžne vlny (príklady. Rovnica rovinných vĺn.
TÉMA 16 MAXWELLOVY ROVNICE 161 Výtlačný prúd 162 Maxwellova jednotná teória elektrických a magnetických javov Maxwellova sústava rovníc 164 Vysvetlivky k teórii klasickej elektrodynamiky 165 Rýchlosť šírenia
Téma: Zákony striedavého prúdu Elektrický prúd sa nazýva usporiadaný pohyb nabitých častíc alebo makroskopických telies Premenlivý prúd, ktorý v čase mení svoju hodnotu
1 7. Maxwellove rovnice a elektromagnetické vlny 7.1. Maxwellove rovnice Doteraz sme študovali Maxwellove rovnice v malých fragmentoch. Teraz je čas pridať poslednú časť a dať ich dokopy.
Elektrostatika ŠTANDARDNÉ OTÁZKY PRE TEST 1 (časť 2) 1. Pole je vytvorené nekonečným rovnomerne nabitým závitom s lineárnou hustotou náboja +τ. Uveďte smer potenciálneho gradientu v bode A. 2. Každý z
Skúška Podmienka fázového prispôsobenia (pokračovanie) Túto prekážku je možné obísť v dôsledku dvojlomu (dva rôzne indexy lomu v kryštáli. Faktom je, že dva
Skratky: Odef F-ka F-la - Pr - definičné znenie príklad vzorca 1. Elektrické pole 1) Základné vlastnosti náboja (zoznam) 2) Coulombov zákon (F-la, obr.) 3) Vektor el.
LYCEUM 1580 (na Moskovskej štátnej technickej univerzite pomenovaná po N.E. BAUMANOVI) KATEDRA "ZÁKLADY FYZIKY", 11. ročník, 3. semester 2018-2019 AKADEMICKÝ ROČNÍK Možnosť 0 Úloha 1. Plechový krúžok o ploche S = 100 cm. ,01
L17 Maxwellova teória elektromagnetického poľa vychádza z nasledujúcich ustanovení 1. Akákoľvek zmena magnetického poľa vytvára v okolitom priestore vír E. Akákoľvek zmena elektrického poľa (prúd
Seminár 3 Elektromagnetické vlny Hlavný materiál seminára je uvedený v poznámkach k prednáške o optike Tu sú len doplnkové body
Chyba Lorentza a Voronežskej skupiny ANALÝZA. Beljajev Viktor Grigorievič, hory. Fastov. [chránený e-mailom] Anotácia. Aplikácia akýchkoľvek transformácií súradníc na Maxwellove rovnice s cieľom dokázať
Téma 3. Elektromagnetické vlnenie v hmote. P.1. EMW v látke P.2. Disperzia. P.3. EMW vo vodivej látke P.4. Rozptyľovanie a tlmenie EMW v dielektriku P.5. Polarizácia 1 P.1. Problém EMW v hmote:
Pohyb nabitých častíc v elektrickom poli Základné teoretické informácie A Coulombova sila rovná F QE pôsobí na náboj Q umiestnený v elektrostatickom poli o sile E Ak sila
Prednáška 5 Šírenie vĺn Odraz a lom zvuku k k sin k os
Elektronický časopis „Proceedings of MAI“. Vydanie 68 www.a.ru/scece/rudy/ MDT 537.87+6.37 Riešenie problému rozptylu predĺženými valcovými telesami rôznych sekcií Gigolo AI * Kuznetsov G. Yu. ** Moskovsky
1 LABORATÓRNE PRÁCE 38 ŠTÚDIUM VLASTNOSTÍ ELEKTROMAGNETICKÝCH VLN Účel práce: štúdium vlastností elektromagnetických vĺn a metódy ich indikácie. Teoretický úvod Maxwell teoreticky dokázal (na základe
Langmuirova frekvencia a jej význam pre fyziku plazmy Ф Ф Mende
MOŽNOSŤ 1 1. Čo sa týka statických elektrických polí, platia nasledujúce tvrdenia: a) elektrostatické pole pôsobí na nabitú časticu silou nezávislou od rýchlosti častice, b) siločiary
Prednáška 11 Plán 1. Optické javy na rozhraní medzi médiami: odraz a lom polarizovaného svetla na rozhraní .. Fresnelove vzorce. 3. Brewsterov efekt. 4. Zmena fázy svetelnej vlny pri
Všeobecná fyzika. rodina 2 Prednáška 12 Elektromagnetické vlny (pokračovanie) Plán prednášky: 1. Intenzita elektromagnetických vĺn. 2. Impulz elektromagnetických vĺn. 3. Stojatá elektromagnetická vlna. 4. Žiarenie
FYZIKÁLNE A MATEMATICKÉ VEDY MDT 5.9 POVRCHOVÉ GRAVITAČNÉ ELEKTROKAPILÁRNE VLNY NA VRSTVE KVAPALNÉHO VODIČA Taktarov N.G. Egereva E.N. Mordovská štátna univerzita, Saransk
29 Podmienky na rozhraní dvoch médií div(D) = ρ
Prednáška 8 Malé poruchy v plynoch Uvažujme o šírení malých porúch v médiu Rovnovážny stav média nech je opísaný parametrami p V a odchýlkami od týchto hodnôt v každom bode priestoru.
Základné skúšobné otázky pre 2. časť Základné. 1. Elektrické napätie Princíp superpozície. 2. Potenciál elektrického 3. Tok vektora napätia. Gaussov zákon. 4. Elektrostatický
1 Odvodenie rovníc pre poruchy prúdenia tekutín 1.1 Poruchy vo forme postupujúcich vĺn
Časť I. Inverzné problémy VI Dmitriev. O JEDINEČNOSTI RIEŠENIA TROJROZMERNÉHO INVERZNÉHO PROBLÉMU ELEKTROMAGNETICKÉHO SONDANIE. Úvod. Dôležitou zložkou je otázka jedinečnosti riešenia inverznej úlohy
Elektromagnetické vlny Existenciu elektromagnetických vĺn teoreticky predpovedal veľký anglický fyzik J. Maxwell v roku 1864. Maxwell analyzoval všetky dovtedy známe zákony
Kapitola 14 Maxwellova rovnica 115 Vírivé elektrické pole Časovo premenné magnetické pole generuje elektrické pole E B, ktorého cirkulácia je E dl B = E Bl dφ dl =, (1151) dt kde E Bl je projekcia
Vlasovove rovnice v koncepcii skalárno-vektorového potenciálu F. F. Mende V súčasnosti sú Vlasovove rovnice základnými rovnicami plazmovej elektrodynamiky, v ktorej sú elektromagnetické polia samokonzistentné.
Khmelnik SI Elektromagnetická vlna vo vedení striedavého prúdu Abstrakt Navrhuje sa riešenie Maxwellových rovníc pre vodič striedavého prúdu. Zvažuje sa štruktúra prúdov a energetických tokov. Obsah.
Efekt kože netoleruje kožný efekt I.4 Efekt kože 1 Kvalitatívna analýza Uvažujme teraz o fyzike kožného efektu. Ak je v homogénnom vodiči konštantný prúd, potom hustota prúdu
Modelovanie fyzikálnych javov pomocou sústav obyčajných diferenciálnych rovníc. Opis pohybu v gravitačnom poli pomocou obyčajných diferenciálnych rovníc Uvažované fyzikálne javy
Kondenzátor oscilačného obvodu je na dlhú dobu pripojený k zdroju konštantného napätia (pozri obrázok). V momente t = 0 sa prepínač K presunie z polohy 1 do polohy 2. Grafy A a B predstavujú
MOSKVA ŠTÁTNA TECHNICKÁ UNIVERZITA NÁZOV PO NE BAUMANOVI ZÁVEREČNÁ ETAPA VEDECKEJ A VZDELÁVACIE SÚŤAŽE OLYMPIÁDY „KROK DO BUDÚCNOSTI“ V KOMPLEXE PREDMETOV „TECHNIKA A TECHNIKA“ VZDELÁVANIA
Khmelnik SI Viac o povahe zemského magnetizmu Anotácia Je navrhnutá a diskutovaná hypotéza o povahe zemského magnetizmu. Obsah. Úvod. Elektromagnetická vlna v guľovom kondenzátore 3. Magnetická
3. Laboratórne práce 21 ŠTÚDIUM ELEKTROSTATICKÉHO OBLASTI Ciele práce: 1) experimentálne preskúmať kvázistacionárne elektrické pole, zostaviť obraz ekvipotenciálnych plôch a čiar.
1. Dva kladné náboje q 1 a q 2 sa nachádzajú v bodoch s polomerovými vektormi r 1 a r 2. Nájdite záporný náboj q 3 a polomerový vektor r 3 bodu, kde musí byť umiestnený tak, aby sila pôsobiaca na
Federálna agentúra pre vzdelávanie OU VPO Uralská štátna technická univerzita-UPI Elektromagnetická indukcia. Maxwellove rovnice Otázky pre programové riadenie vo fyzike Jekaterinburg
PREDNÁŠKA 9 PLAZMOVÉ KMITY V predchádzajúcich prednáškach boli uvažované elementárne excitácie v systémoch, ktoré sú v termodynamickej rovnováhe. Napríklad, keď sa študovala supratekutosť a supravodivosť,
- Špecialita HAC RF01.04.03
- Počet strán 155
Časť I. POMALÉ POVRCHOVÉ MAGNETICKO-PLAZMOVÉ VLNY V POLOVODIČOCH
Kapitola I. Teoretické základy existencie povrchových elektromagnetických vĺn
1.1. Štruktúra elektromagnetického poľa v blízkosti povrchu magnetizovaného polovodiča
1.2. Teória pomalej povrchovej vlny
Kapitola II. experimentálna metóda
2.1. Požiadavky na experimentálnu metódu
2.2. Všeobecné princípy metodiky
2.3. Experimentálne nastavenie
2.4. O meracej technike
2.5. Vzorové parametre
Kapitola III. Režim pohyblivej vlny
3.1. Nápad na experiment
3.2. Skúmanie tvaru čela vlny
3.3. Rušenie pomalých vĺn
3.4. Základné vlnové vlastnosti
3.5. Odraz vlny od okraja roviny vlnovodu
3.6. Účinnosť budenia povrchovými vlnami
3.7. Komunikácia vlny s povrchom
Kapitola IV. Šírenie vlnovodu PMW
4.1. Rozhodujúci experiment
4.2. Formovanie vlnovodu
4.3. Oblasť existencie vlny
4.4. Tlmenie pomalých povrchových vĺn
4.5. Vplyv teploty na šírenie vĺn
Kapitola V. Režim stojatých vĺn
5.1. Diagram pohybu vĺn
5.2. Planárny Fabry-Perotov rezonátor
5.3. Disperzia povrchových vĺn
5.4. Štruktúra vlnového poľa
5.5. Polarizácia povrchových vĺn
5.6. Helikónové lúče
Kapitola VI. Zariadenia založené na pomalom PMW
Časť II. POVRCHOVÉ ELEKTROMAGNETICKÉ VLNY NA SLANEJ VODE
Kapitola I. Analytický prehľad
1.1. História výskumu
1.2. Analýza negatívnych výsledkov výskumu
1.3. Kritika L.I. Mandelintamma
1.4. Moderný pohľad na Zenneck SEW 1.5 Vlastnosti vlny Zenneck
Kapitola II. Experimentálne vyhľadávanie vĺn
2.1. experimentálna metóda
2.2. Pozorovanie Zenneck-Sommerfeldovej vlny
2.3. Stojaci Pew na rovnej vodnej hladine
2.4. Experimenty s putujúcimi vlnami
2.5. Radiálna divergencia povrchových vĺn
2.6. Vertikálna štruktúra poľa
2.7. SEW žiarič Zenneck
Kapitola III. Aplikácie Zenneck SEW
3.1. Laboratórne pokusy podľa miesta
3.2. O excitácii SEW na hladine oceánu
3.3. Hansenov prirodzený experiment
3.4. O metóde prirodzeného experimentu
3.5. Námorná rádiová komunikácia
3.6. PEV radar
Závery k časti II. Prečo nebola Zenneckova vlna pozorovaná v prírodných podmienkach?
HLAVNÉ VÝSLEDKY
Odporúčaný zoznam dizertačných prác
Elektromagnetické vlnové javy v obmedzenej a nerovnovážnej elektrónovej plazme tuhej látky 1998, doktor fyzikálnych a matematických vied Popov, Vjačeslav Valentinovič
Účinky rezonančnej transformácie polarizácie elektromagnetických vĺn v štruktúrach s dvojrozmernou elektrónovou magneticky aktívnou plazmou 2001, kandidátka fyzikálnych a matematických vied Teperik, Tatiana Valerievna
Šírenie a vyžarovanie elektromagnetických vĺn v otvorenej štruktúre s dvojrozmernou elektrónovou plazmou a periodickou kovovou mriežkou 1998, kandidátka fyzikálnych a matematických vied Polishchuk, Olga Vitalievna
Vlnové procesy a riadenie elektromagnetického žiarenia vo vodiacich štruktúrach s frekvenčným a priestorovým rozptylom 2010, doktor fyzikálnych a matematických vied Sannikov, Dmitrij Germanovič
Akustické a spinové vlny v magnetických polovodičoch, supravodičoch a vrstvených štruktúrach 2009, doktorka fyzikálnych a matematických vied Polzikova, Natalya Ivanovna
Úvod k diplomovej práci (časť abstraktu) na tému "Nové typy povrchových elektromagnetických vĺn vo vodivých médiách"
V roku 1873 James Clerk Maxwell sformuloval rovnice, ktoré nesú jeho meno, a predpovedal existenciu elektromagnetických vĺn šíriacich sa rýchlosťou svetla. V klasických experimentoch Heinricha Hertza boli elektromagnetické vlny pozorované vo voľnom priestore. Výsledky týchto experimentov si rýchlo získali celosvetovú slávu a uznanie. Nie taká jednoduchá, priam dramatická, bola história výskumu povrchových elektromagnetických vĺn vznikajúcich na rozhraní dvoch médií s rôznymi dielektrickými vlastnosťami.
Koncept „povrchových elektromagnetických vĺn“ (SEW) zaviedol do vedy Arnold Sommerfeld, keď v roku 1899 uvažoval o probléme axiálneho prúdu v dlhom priamom drôte a získal riešenia Maxwellových rovníc, ktorých amplitúda rýchlo klesá so vzdialenosťou od povrch drôtu. Tieto riešenia interpretoval ako SEW, možno analogicky s Rayleighovými povrchovými akustickými vlnami. Podľa skúseností boli povrchové elektromagnetické vlny zrejme prvé, ktoré pozoroval R. Wood v roku 1902 pri rozptyle elektrónov v tenkej kovovej fólii. Tento jav nebol v tom čase pochopený a zostal známy ako „Woodove anomálie“ až do 60. rokov 20. storočia. Po A. Sommerfeldovi nemeckí teoretici Kohn a Uller zistili, že ploché rozhranie medzi dielektrikom a dobrým vodičom má usmerňujúci účinok na šírenie objemovej vlny a že SEW je možné na plochom rozhraní medzi médiami s nízkymi stratami.
V roku 1901 sa stala historická udalosť: Guglielmo Marconi uskutočnil rádiový prenos cez Atlantický oceán na frekvencii 30 kHz-. Tento úžasný objav viedol k úvahám o mechanizme šírenia rádiových vĺn. V tom čase sa ešte netušilo o existencii zemskej ionosféry, preto sa o možnosti diaľkovej rádiovej komunikácie v dôsledku odrazu rádiového lúča od ionosféry nehovorilo. Namiesto toho sa navrhovalo, že v jeho experimentoch bol vzrušený nový typ rádiových vĺn, povrchová vlna (SW).
Možno z tohto dôvodu sa v roku 1907 ujal objasnenia problému Sommerfeldov postgraduálny študent Jacek Zenneck. Poukázal na súvislosť medzi štúdiami Kohna a Ullera a otázkou šírenia rádiových vĺn nad zemským povrchom. J. Zenneck pri rozvíjaní svojich výsledkov ukázal, že v médiu s nielen malými, ale aj veľkými stratami umožňujú Maxwellove rovnice s vhodnými okrajovými podmienkami riešenie, ktoré možno nazvať povrchovou vlnou smerovanou plochým rozhraním medzi dvoma médiami:
P-vektor Hertz) 6 t.j. je kombináciou dvoch rovinných vĺn, z ktorých jedna je lokalizovaná vo vzduchu, druhá v médiu. Ak má médium konečnú vodivosť, potom a a P sú komplexné. Disperzný vzťah pre SW šíriace sa pozdĺž rozhrania medzi médiami s permitivitou 8 a e0 má tvar k k,
2 &0 O kde k a w sú vlnový vektor a frekvencia vlny; na - ?
CO C c je rýchlosť svetla vo vákuu. Vlna je „pripojená“ k povrchu, jej fázová rýchlosť o niečo prevyšuje rýchlosť svetla v dielektriku a závisí od vlastností podkladového povrchu. Zenneck veril, že pole skutočného žiariča vo veľkej vzdialenosti od neho bude vyzerať ako vlna, ktorú našiel. Z jeho práce však vyplýva len kompatibilita riešení uvedeného tvaru s rovnicami elektrodynamiky, možnosť existencie SW, ale pole nie je nijako spojené s anténou, t.j. hlavný bod problému žiarenia nie je zverejnený.
Prvú rigoróznu teóriu šírenia elektromagnetických vĺn vyžarovaných dipólom umiestneným na plochom rozhraní medzi dvoma homogénnymi médiami (zemou a vzduchom) podal A. Sommerfeld v klasickej práci z roku 1909. Významným krokom vpred, ktorý urobil, bolo, že Zem nepovažoval za ideálny vodič, ale atmosféru za absolútny izolant a každej polovici pripisoval určitú konečnú permitivitu a vodivosť.
Sommerfeld ukázal, že elektromagnetické pole vyžarované dipólom možno znázorniť ako súčet povrchovej vlny a telesnej vlny. Veril, že vo veľkých vzdialenostiach prevláda JZ, a tak nadviazal spojenie medzi povrchovou vlnou a zdrojom žiarenia. Inými slovami, považoval za dokázané, že na veľké vzdialenosti je pole z bodového zdroja Zenneck SW. Koncept PV Zenneck, podporovaný autoritou Sommerfelda, bol dlho takmer všeobecne akceptovaný. Aplikoval sa na interpretáciu mnohých anomálnych javov pozorovaných pri šírení rádiových vĺn, napríklad na tzv. „brehový lom“, keď sa vlna pretekajúca ponad more odráža od brehu.
Od roku 1919 však v teoretických prácach Weila, Van der Pol, V.A. Focka a ďalších bol tento záver spochybnený a uznaný za chybný. Samotný A. Sommerfeld, poznajúc nepresnosti vo výpočtoch, nepovažoval koncepciu povrchovej vlny za mylnú. Spor teoretikov sa dal vyriešiť iba experimentom. Prvýkrát takýto experiment založil Feldman v roku 1933, ktorý študoval šírenie rádiových vĺn v blízkosti zemského povrchu (zemský lúč) a nenašiel žiadny JZ. Barrow sa potom v roku 1937 pokúsil odhaliť povrchovú vlnu Zenneck excitáciou rádiových vĺn nad povrchom jazera Saint Neck v štáte New York a tiež zlyhal. Pod vedením akademikov L. I. Mandelstamma a N. D. Papaleksiho sa v našej krajine uskutočnila séria rozsiahlych experimentov. Niekoľko rokov, od roku 1934 do roku 1941, sa skúmalo pole žiarenia konvenčných rádiových antén, skúmalo sa šírenie rádiových vĺn pozdĺž zemského povrchu (nad pevninou a morom), ale za žiadnych okolností nebola pozorovaná povrchová elektromagnetická Zenneck vlna. . Odvtedy sa v ruskej rádiofyzike pevne ustálil názor, že je nemožné vybudiť túto vlnu skutočnými žiaričmi a že samotný koncept Zenneckovej povrchovej vlny nezodpovedá fyzikálnej realite.
Nastala paradoxná situácia: z Maxwellových rovníc vyplýva existencia povrchovej elektromagnetickej vlny, ktorá sa však pri experimente nepozoruje. Platnosť rovníc elektrodynamiky bola teda spochybnená. Túžba vyriešiť paradox prinútila autora vykonať nezávislý výskum v laboratóriu. Získaný výsledok potvrdzuje správnosť Sommerfelda a Zennecka a odstraňuje rozpor.
V dôsledku opísaných udalostí záujem o povrchové elektromagnetické vlny prudko klesol a v 40-50 rokoch sa prakticky neštudovali. Oživenie záujmu o SEW nastalo v 60. rokoch 20. storočia v súvislosti so štúdiom interakcie žiarenia s hmotou, hlavne s pevnými látkami a plazmou. Stern a Ferrell boli zrejme prví, ktorí ukázali, že vrcholy pozorované v nízkoenergetickej oblasti počas nepružného rozptylu rýchlych elektrónov v kovovej fólii (Woodove anomálie) možno vysvetliť excitáciou povrchových plazmónov na rozhraní medzi kovom. a oxidový film, ktorý ho pokrýva. Powellove experimenty potvrdili predpovede teórie. Povrchový plazmón je opísaný hornou časťou disperznej krivky SEW umiestnenou blízko plazmovej frekvencie. (krivka 4 na obr. 2)
V posledných rokoch sa povrchové elektromagnetické vlny študujú teoreticky a experimentálne sa pozorujú v rôznych laboratóriách po celom svete. Pritom sa vyvodili dva významné závery. Po prvé, bola daná jasná definícia povrchovej vlny: je to vlna, ktorá exponenciálne klesá, keď sa vzďaľuje od povrchu, po ktorom sa šíri. Rozloženie vlnového poľa je najlepším dôkazom jeho povrchovej povahy. Po druhé, ukazuje sa, že povrchovú vlnu možno považovať za charakteristický typ kmitania pre daný povrch. Budenie JZ je samostatný problém a nemalo by sa zamieňať s podmienkami existencie vlny. Keďže fázová rýchlosť SEW je trochu odlišná od rýchlosti svetla vo vzduchu, môže byť excitovaný pomocou telesného vlnenia iba vtedy, ak je splnená podmienka synchronizácie - približná rovnosť fázových rýchlostí, presnejšie rovnosť zložiek vlnových vektorov v smere šírenia. Z toho vyplýva, že nie každý žiarič dokáže vybudiť povrchovú vlnu. Podľa moderných teoretických koncepcií sú možné dva prípady (obr. 1 z práce)
Oblasti existencie SEW Fano a Zenneck
Zenneck 8 p o
1) hodnota elektronického komplexu,0. Potom sa na rozhraní nachádzajú tzv. Fano vlny s fázovou rýchlosťou 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-komplexné množstvo, c">-8o, c">0, .Na plochom rozhraní (priamka 6 na obr. 2) sa objaví povrchová Zenneck vlna s fázovou rýchlosťou V>c. Pred našou prácou táto vlna nebola pozorovaná. Rozhranie (krivka 1 na obr. 1) medzi oblasťami existencie Fano a Zenneck je určené rovnicou s
0 e0, kde 8=8" + 18"
Pri prechode z plochého rozhrania na zakrivené s malým polomerom zakrivenia menším ako je vlnová dĺžka sa Zenneck vlna transformuje na Sommerfeldovu vlnu. Ten je opísaný odlišnou, komplikovanejšou disperznou rovnicou, ktorá zahŕňa cylindrické Besselove a Hankelove funkcie. Skupine výskumníkov sa v laboratórnych podmienkach podarilo vybudiť Zenneck-Sommerfeldovu SEW vlnu v mikrovlnnej oblasti, dokázať jej povrchnosť a zmerať jej hlavné charakteristiky.
Nová etapa štúdia SEW v plynnej a tuhej plazme je spojená so zohľadnením vplyvu vonkajšieho magnetického poľa na vodivé médium. V magnetickom poli sa vodivé médium stáva gyrotropným, objavuje sa nová charakteristika - frekvencia cyklotrónovej rotácie nosičov, čo vedie k zmene vlastností známych SEW (obr. 2). Napríklad povrchový plazmón (krivka 4 na obr. 2) sa transformuje na magnetoplazmón s mierne nižšou (o niekoľko %) fázovou rýchlosťou. Usúdilo sa však, že vplyv magnetického poľa nie je veľmi významný.
Autor experimentálne zistil (spolu s V.I. Baibakovom), že v konštantnom magnetickom poli sa elektrodynamické vlastnosti povrchu vodivého média dramaticky menia. To vedie k objaveniu sa zásadne novej triedy povrchových elektromagnetických vĺn (krivka 1 na obr. 2). Existujú iba na povrchu zmagnetizovanej plazmy, majú jedinečné vlastnosti a šíria sa fázovými rýchlosťami oveľa nižšími ako je rýchlosť svetla vo vákuu, pre čo sa nazývali pomalé povrchové magnetoplazmové vlny (SMW). Niekedy sa v literatúre nazývajú povrchové helikony alebo Baibakov-Datsko vlny.
Spektrum povrchových elektromagnetických excitácií 1-pomalá PMW; 2-svetlo v dielektriku; 3-Langmuirove vlny - hromadné plazmóny; 4-povrchové plazmóny v plazme (polaritóny v dielektrikách, magnóny v magnetoch); 5-vlnný Fano; 6-Zenneck vlna;
Dizertačná práca pozostáva z dvoch častí, prvá časť je venovaná pomalým povrchovým magnetoplazmovým vlnám v polovodičoch, druhá časť je venovaná povrchovým elektromagnetickým vlnám v slanej vode. Pomalé PMW v pevnej látke sme objavili v roku 1971. Počas ich
10-ročná štúdia vyvinula techniku na budenie, oddelenie od zmiešaného poľa, identifikáciu a meranie hlavných charakteristík povrchových elektromagnetických vĺn v laboratórnych podmienkach. To umožnilo v nasledujúcich rokoch experimentálne dokázať existenciu Sommerfeld-Zenneckovej elektromagnetickej povrchovej vlny.
Pomalé PMV v 1p8b
Teória pomalých SMW v polovodičovej plazme bola vyvinutá po ich experimentálnom objave. Existencia a vlastnosti pomalých povrchových magnetoplazmových vĺn vyplývajú z riešení Maxwellových rovníc napísaných pre obmedzené vodivé prostredie s vhodnými okrajovými podmienkami a sú opísané disperznou rovnicou štvrtého rádu. Teóriu fenoménu vybudovala skupina charkovských teoretikov pod vedením V.M. Jakovenka. Jeho hlavné ustanovenia sú nasledovné.
V konštantnom magnetickom poli sú elektromagnetické vlastnosti polovodiča anizotropné. Ak je vektor magnetického poľa H nasmerovaný pozdĺž osi Ob, potom permitivita prostredia je opísaná gyrotropným tenzorom 0
XX xy 0 xy yy
0 0, kde mimodiagonálne zložky zodpovedajú vysokofrekvenčnému Hallovmu prúdu.
V polovodiči v konštantnom magnetickom poli sú dve objemové elektromagnetické vlny (obyčajná-antihelikonová a mimoriadna-helikonová, ktoré sa líšia v opačnom smere kruhovej polarizácie) s rôznymi charakteristikami šírenia. Pri frekvenciách oveľa nižších ako je frekvencia zrážky nosnej V, ako aj plazmy Yup a cyklotrón coc.(co «Wp,coc,V) za podmienky V ~ coc majú mimoriadne vlny malý útlm a polovodič sa ukazuje ako byť pre nich transparentným médiom s veľkým efektívnym indexom lomu. Žiadne z týchto vĺn však nemôže byť povrchové, pretože nespĺňajú okrajové podmienky na povrchu polovodiča, ktoré spočívajú v spojitosti zložiek vektora intenzity magnetického poľa vlny na rozhraní medzi médiami. Tieto podmienky sú splnené pre superpozíciu obyčajných a mimoriadnych vĺn, ktoré tvoria povrchové magnetoplazmové vlny na rozhraní
11 dvoch typov: rýchle (y ~ c), ktoré sa pri absencii vonkajšieho magnetického poľa transformujú na známe povrchové elektromagnetické vlny (povrchové plazmóny) a pomalé (y - c) PMW, ktoré bez magnetického poľa neexistujú. .
Nech polovodič zaberá polpriestor y<0 и граничит с вакуумом. Тогда, при условиях у « С0С; С22| » |8ху| » |£хх|:
8 XX £ 22 xy disperzia a oblasť existencie pomalých vĺn sú určené vzťahmi
2 2 SOP v [£yy (1 + BS 2 palce) + 218ux BS in
Po zjednodušení (2) nadobúda tvar ω = k2Nps 2 me
I0.ush@< О где 3 = а затухание:
A co (ku ~ k *) exu co y L, 2 yy
5) uhol medzi magnetickým poľom H 0 a dvojrozmerným vlnovým vektorom k v rovine rozhrania, X2 ~ zložka vlnového vektora v prostredí, kofrekvencia, c-rýchlosť svetla vo vákuu, n-koncentrácia hlavné nosiče náboja v polovodiči, náboj e-elektrónu .
Vzťah (2a) ukazuje, že pomalé PMW majú kvadratický disperzný zákon, vzťah (3) - že šírenie vlny pozdĺž magnetického poľa je nemožné, t.j. vlny sú šikmé a existujú len v dvoch úzkych sektoroch. Vzťah (4) znamená, že vlny sú nerecipročné (jednosmerné) vzhľadom na smer
12 permanentné magnetické pole. Pomalé povrchové magnetoplazmové vlny môžu existovať v nasledujúcich médiách:
1) v jednozložkovom polovodiči s relatívne nízkou koncentráciou nosiča, keď je predpätie väčší ako vodivý prúd;
2) v hustej (výtlačný prúd je malý) jednozložkovej plazme pevného telesa s anizotropnou hmotnosťou nosičov; pozorujeme to napríklad pri viacvalových polovodičoch;
3) v hustej jednozložkovej plazme so zmagnetizovanými elektrónmi a nezmagnetizovanými otvormi.
Schéma oblasti existencie pomalých SMW v špecifickom polovodiči, antimonide india, je znázornená na obr. X
Obr.3. Teoretická oblasť existencie pomalých povrchových vĺn v indium antimonide (pohľad zhora na povrch polovodiča). el = 45°-60°, e2= 135°-150°. Kučeravá šípka označuje smer magnetického poľa
Experimentálne sme objavili pomalé SMW a študovali sme ich v indium antimonide, polovodiči s vysokou mobilitou nosiča (až l
77000 cm / V.sec pri T=300), hlavne pri izbovej teplote, vo frekvenčnom rozsahu 10 MHz - 2 GHz a v magnetických poliach do 30 kOe. Experimentálna metóda vyvinutá autorom umožnila excitovať a prijímať pomalé vlny, študovať ich vlastnosti v rôznych režimoch šírenia:
Stojatá vlna (Fabry-Perot plochý rezonátor);
vlnovod;
Pohybujúca sa rovinná vlna na voľnej hladine.
V tomto poradí experiment prebiehal v čase. Každý z týchto režimov umožnil určiť tie charakteristiky vlny, ktoré nebolo možné získať inými spôsobmi, reprodukovaním
13 verili a dopĺňali iných. Experimentálne dôkazy existencie novej triedy povrchových elektromagnetických vĺn sú zredukované na nasledujúce zistené skutočnosti.
Ríša existencie.
Obrázok 8 ukazuje diagram jedného z experimentov, v ktorom boli pozorované vlny pohybujúce sa po voľnom povrchu. Závislosť výkonu VF signálu prechádzajúceho povrchom polovodiča od orientácie magnetického poľa je na obr.20. Je vidieť, že na povrchu zmagnetizovaného polovodiča sú rozlíšené dva smery, v ktorých je pozorovaný najväčší prenos signálu. Tieto smery sa zhodujú so sektormi teoretickej domény existencie pomalých PMW.
pomalosť vĺn.
Zaznamenal sa typ vlny šíriacej sa po povrchu v danom zvolenom smere, pod určitým uhlom k magnetickému poľu (obr. 18). Porovnanie jeho dĺžky X s dĺžkou elektromagnetickej vlny rovnakej frekvencie vo vákuu X0 ukazuje, že 103 R t.j. X « X0 a vlna je pomalá.
Disperzia
Meraním závislosti vlnovej dĺžky od frekvencie a sily magnetického poľa sa zistilo, že jeho disperzia je kvadratická a zhoduje sa s teoretickou, určenou vzťahom (2); krivka rozptylu je na obr.43. Rozptyl závisí od veľkosti magnetického poľa, t.j. vlna je magnetoplazma.
Nereciprocita
Početnými experimentmi sa zistilo, že pomalé vlny sa šíria jednosmerne, čo potvrdzujú najmä obrázky 17, 20. Jednosmerné šírenie bolo pozorované aj v režime ich šírenia vlnovodom (obr. 31). Vlnovodné režimy sa vytvárajú, keď je povrch polovodiča ohraničený rovnobežnými hranami kolmými na magnetické pole. V tomto prípade sa vlna šíri cez pole.
Povrchové pripojenie
Smery šírenia vĺn sú jednoznačne určené nielen orientáciou vonkajšieho magnetického poľa, ale aj orientáciou normály k povrchu polovodiča. Tento efekt „prichytenia sa k povrchu“ sa zreteľne prejaví, keď je vlna excitovaná na rovinách indium antimonidovej platne magnetizovanej rovnobežne s jej rovinou. Vzor smerov šírenia vĺn na rovinách platne zaznamenaný v experimente je znázornený na obr. 28. Vlny vybudené v hornej a dolnej rovine v súlade s orientáciou normál k týmto rovinám prebiehajú v opačných smeroch k sebe.
Priečna štruktúra vlnového poľa
Rozloženie poľa je znázornené na obr. 44. Je vidieť, že pole povrchovej vlny odpadáva na oboch stranách povrchu polovodiča, jeho maximum však nie je na povrchu, ale je posunuté hlboko do média. Takéto rozloženie amplitúd je pre povrchové vlny neobvyklé a iné vlny tohto typu (rýchle povrchové elektromagnetické vlny, gravitačne-kapilárne vlny na povrchu kvapaliny, povrchové akustické vlny) nie sú pozorované. Posun maxima vlnového poľa pod povrchom polovodiča je spôsobený zvláštnosťami šírenia elektromagnetických vĺn v gyrotropnom prostredí a vysvetľuje sa interferenciou dvoch čiastkových vĺn, ktoré existujú v objeme polovodiča (obyčajné a mimoriadne ) a majú rôzne rýchlosti rozpadu poľa hlboko do polovodiča a sú v protifáze na jeho povrchu.
útlm
Pre natívny antimonid india pri izbovej teplote a v magnetickom poli 18 kOe je útlm 2,7 dB alebo 1,35-násobok amplitúdy na vlnovú dĺžku. Za rovnakých podmienok je vlnová dĺžka v smere magnetického poľa ~7 mm (v smere šírenia X-5 mm), takže útlm na jednotku dĺžky je približne 0,4 dB/mm, alebo dvojnásobná amplitúda vo vzdialenosti 10 mm. Pre pomalé PMW je útlm na vlnovú dĺžku konštantný a nezávisí od frekvencie.
Polarizácia
Maximálny prenos signálu po povrchu vzorky (obr. 46) sa pozoruje pri inštalácii žiariča, ktorý vybudí vlnu TE (H-zložka poľa je kolmá k povrchu), čo zodpovedá teórii PMW. . Presne povedané, vlna je polarizovaná elipticky.
Vedecký a praktický význam získaných výsledkov spočíva v tom, že spektrum známych povrchových elektromagnetických kmitov optického frekvenčného rozsahu (plazmóny, polaritóny, magnóny) je doplnené o dve nové vetvy: pomalú povrchovú magnetoplazmovú vlnu a rýchlu Sommerfeld-Zenneck vlna, nájdená v HF a mikrovlnnej oblasti, ktorá otvára nový HF smer výskumu v povrchovej elektrodynamike.
Na báze pomalého PMW, nové metódy štúdia povrchu vodivých médií (kovy, polovodiče, plazma), metódy určovania parametrov polovodičov, diagnostika tuhej plazmy, ako aj nové typy snímačov magnetického poľa, rádiotechnika. možno vytvárať zariadenia na rôzne účely, aktívne polovodičové mikrovlnné zariadenia a magnetoplazmové TWT. , riadené prvky planárnych systémov optického spracovania informácií.
Význam výskumu presahuje fyziku pevných látok. V ionosfére Zeme existujú priaznivé podmienky na šírenie pomalých magnetoplazmových vĺn. V prípade ich experimentálnej detekcie je možné využiť PMW na výskum a aktívne ovplyvňovanie zemskej ionosféry, ako aj na vytváranie ďalších rádiokomunikačných kanálov.
Priorita
Každý nový fyzikálny jav musí byť prediskutovaný a uznaný vedeckou komunitou, preto je vhodné poskytnúť informácie o jeho priorite a uznaní v Rusku a zahraničí.
Možnosť existencie pomalých PMW bola teoreticky podložená v článku S.I.Khankiny a V.M.Jakovenka „O excitácii povrchových elektromagnetických vĺn v polovodičoch“, ktorý dostali do redakcie časopisu Solid State Physics 19. júla 1966. . Experimentálny objav pomalých vĺn V.I. Baibakova a V.N.
Po uverejnení našich hlavných prác sa objavili články, ktoré sa dotýkali priority a významu nového fenoménu. Napríklad v článku od Fly-v a Kuina sa uvádza, že „Baibakov a Datsko prezentovali experimentálne výsledky naznačujúce, že v plazme HnSb s elektrónovými dierami pri izbovej teplote existuje nová nízkofrekvenčná povrchová vlna“; A.B.Davydov a V.A.Zacharov poukazujú na prioritu S.I.Khankina a V.M.Yakovenka v teoretickej rovine, V.I.Baybakova a V.N.Datska v experimentálnom štúdiu nového typu povrchových vĺn. V článku E.A. Kanera a V.M. Yakovenka v časopise „Uspekhi fizicheskikh nauk“ sa uvádza, že
16 známy v práci nedávno experimentálne objavili Baibakov a Datsko v antimonide india.
Vo vedeckej literatúre bola široko diskutovaná aj otázka spoľahlivosti objaveného javu; v diskusii bola preukázaná spoľahlivosť. Nezávislým experimentálnym potvrdením bola práca G. Ruybisa a R. Tolutisa.
Povrchové elektromagnetické vlny na slanej vode
Akýkoľvek skutočný zdroj elektromagnetického poľa umiestnený na rozhraní medzi dvoma médiami budí povrchové aj objemové vlny a ich oddelenie sa ukazuje ako zložitý experimentálny problém. V našich experimentoch boli SEW pozorované v laboratórnych podmienkach na vodnej hladine rôznej salinity (hlavne 35%o) vo frekvenčnom rozsahu 0,7-6,0 GHz. Boli aplikované skôr vyvinuté metódy budenia a štúdia stojatých a pohybujúcich sa povrchových vĺn.
V režime stojatej vlny bola Sommerfeld-Zenneck vlna (valcová modifikácia plochého Zenneckova SW) prvýkrát pozorovaná na stĺpci slanej vody umiestnenom medzi dvoma kovovými plechmi, ktoré sú plochým Fabryho-Perotovým rezonátorom. Meral sa rozptyl a priečne rozloženie poľa, čo jednoznačne naznačuje jeho povrchový charakter. Povrchová elektromagnetická vlna bola študovaná aj na rovnej vodnej hladine v rezonátore dvoch plochých rovnobežných dosiek ponorených do vody za podmienok jej rozmerovej rezonancie. V tomto prípade sa vykonalo oddelenie JZ od objemových polí a zmerala sa jeho amplitúdová štruktúra.
V režime postupnej vlny pomocou špeciálne navrhnutého žiariča bolo možné odtrhnúť objemové žiarenie z povrchu a nasmerovať ho nahor pod veľkým uhlom k horizontu, čím sa PW oslobodilo od prímesí objemového poľa. Pri žiarení takéhoto zdroja umiestneného nad vodnou hladinou bola zaznamenaná prítomnosť vlny šíriacej sa po hladine, ktorej amplitúda klesá so vzdialenosťou p od žiariča, čo zodpovedá divergencii JZ vybudenej osovou vlnou. symetrický zdroj. Merania vertikálnej štruktúry poľa v tejto vlne ukázali, že pole exponenciálne klesá so vzdialenosťou od povrchu a namerané závislosti výšky lokalizácie od frekvencie a salinity vody sa ukázali byť v dobrej zhode s teoretickými výpočtami.
Analýza výsledkov jediného nám známeho experimentu (Hansen, USA, 1974) o šírení elektromagnetického poľa v rozsahu dekametrov (5-30 MHz), excitovaného špeciálnymi anténami, nad hladinou oceánu v dĺžke 237 km bola vykonaná dlhá cesta. Na rozdiel od Hansena, ktorý našiel nevysvetliteľnú anomáliu v šírení elektromagnetického poľa, sme dospeli k záveru, že v jeho experimente bola excitovaná zmes telesných a povrchových vĺn a samotná dráha si vybrala menej tlmené vlny. Ukázali sme, že pri frekvenciách pod určitou kritickou frekvenciou závislou od salinity (15 MHz v prípade Hansena) tlmí Zenneck SW oveľa slabšie ako pozemný lúč. Následne pri frekvencii nad 15 MHz dochádzalo k šíreniu elektromagnetického poľa pozemským lúčom a pri frekvencii pod 15 MHz vo forme Zenneckova SW, čo vysvetľuje anomáliu. Údaje o relatívnom útlme SW získané z Hansenovej práce sú v dobrej zhode s výsledkami vlastných laboratórnych meraní.
Pozorovanie a identifikácia Zenneckovej vlny v laboratóriu je prvým krokom pri štúdiu tohto javu. Ďalším krokom je štúdium in vivo. Zvažovali sme rôzne aspekty šírenia PW nad hladinou oceánu (zakrivenie Zeme, vlnové efekty) z hľadiska možnosti vytvorenia nových diaľkových rádiových komunikačných kanálov a radaru na povrchovej vlne Zenneck.
Materiál dizertačnej práce je uvedený v nasledujúcom poradí.
Časť I. Pomalé RMW v polovodičoch
V kapitole I sa uvažuje o spektre normálnych elektromagnetických vĺn na povrchu zmagnetizovaného polovodiča a uvádza sa teória pomalej povrchovej magnetoplazmovej vlny.
Kapitola II popisuje experimentálnu techniku, experimentálne usporiadanie a parametre vzoriek.
V kapitole III sa skúmajú vlny pohybujúce sa po voľnom povrchu, zisťuje sa oblasť ich existencie, tvar vlny, nereciprocita šírenia a závislosť dĺžky od uhla medzi smerom ich šírenia a orientáciou magnetického poľa. pole, povrchová vlna a podpovrchový helikónik sú oddelené.
Kapitola IV je venovaná povrchovým vlnám v ohraničených štruktúrach (spôsob šírenia vlnovodu). Stanoví sa oblasť existencie vlny v magnetickom poli, meria sa útlm a vplyv teploty na charakteristiky šírenia a demonštruje sa výrazná nereciprocita a jednosmernosť šírenia vlny vzhľadom na magnetické pole.
Kapitola V prezentuje výsledky štúdie v režime stojatých vĺn v povrchovom Fabryho-Perotovom rezonátore. Zvažuje sa schéma pohybu vĺn, určuje sa jej štruktúra, rozptyl a rýchlosť. Je opísaný efekt nezvyčajnej koncentrácie poľa objemových vĺn, vznik helikónických lúčov v objeme polovodiča, objavený v priebehu štúdia pomalých PMW.
V kapitole VI je navrhnutých 12 rádiotechnických zariadení, ktoré by mohli byť vytvorené na báze pomalých povrchových magnetoplazmových vĺn.
Časť II Povrchové elektromagnetické vlny na slanej vode
Kapitola I podáva analýzu prác o povrchových elektromagnetických vlnách bez magnetického poľa: sú uvedené zásadne dôležité body teórie A. Sommerfelda; kriticky sa zvážil teoretický koncept L.I. Mandelyptamma; je prezentovaný moderný pohľad na povrchové elektromagnetické vlny; sú popísané hlavné vlastnosti Zenneckovej vlny.
Podobné tézy v špecializácii "Rádiofyzika", 01.04.03 kód VAK
Elektromagnetické budenie vo vodičoch s anizotropnou pásovou štruktúrou 1984, kandidát fyzikálnych a matematických vied Savinskij, Sergej Stepanovič
Vzorce tvorby usporiadaných mikro- a nanoštruktúr v kondenzovaných médiách pri laserovej excitácii vidov povrchových polaritónov 1999, doktor fyzikálnych a matematických vied Soloviev, Oleg Viktorovič
Záver dizertačnej práce na tému "Rádiofyzika", Datsko, Vladimir Nikolaevič
HLAVNÉ VÝSLEDKY
1 Bolo dokázané, že v magnetickom poli na rozhraní medzi prostredím podobným plazme a dielektrikom sú pomalé (y"c) povrchové elektromagnetické vlny.
2 Spektrum povrchových elektromagnetických kmitov je doplnené o nízkofrekvenčnú vetvu: pomalé magnetoplazmové vlny sa detegujú a študujú v indium antimonide pri 200-400 K, vo HF a mikrovlnnej oblasti a v magnetických poliach do 30 kOe. Stanovená oblasť existencie; disperzia; fázová rýchlosť a útlm, štruktúra priečneho poľa; polarizácia.
3 Zistilo sa, že v magnetizovanom polovodiči sa objemný helikónik v blízkosti povrchu transformuje na pseudopovrchovú vlnu.
4 Bola vyvinutá experimentálna metóda na štúdium povrchovej pomalej magnetoplazmy a rýchlych elektromagnetických vĺn na povrchu vodivých médií.
5 Bol objavený fenomén „elektromagnetického prepichnutia“: v platni antimonidu india, umiestnenej v magnetickom poli kolmom na jeho rovinu, sa mikrovlnné elektromagnetické pole šíri v objeme s nehomogénnym budením vo forme vlny s anomálne koncentrované pole, ktoré sa líši od známeho heliconu.
7 Navrhnutých 12 zariadení založených na pomalých povrchových magnetoplazmových vlnách, získalo dva autorské certifikáty.
Upozorňujeme, že vyššie uvedené vedecké texty sú zverejnené na posúdenie a získané uznaním pôvodných textov dizertačných prác (OCR). V tejto súvislosti môžu obsahovať chyby súvisiace s nedokonalosťou rozpoznávacích algoritmov. V súboroch PDF dizertačných prác a abstraktov, ktoré dodávame, sa takéto chyby nevyskytujú.
