Leble S - Elektrodynamika stosowana.pdf

(1391 KB) Pobierz
S.B. Leble
Elektrodynamika stosowana
Skrypt dla studentów Wydziału FTiMS PG
19 czerwca 2011
Gda«sk
2006
Spis tre±ci
1
Przedmowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
2
Wprowadzenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
2.1
Uwagi ogólne. Jednostki. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
2.2
Układy inercjalne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
3
Podstawowe poj¦cia i równania elektrodynamiki . . . . . . . . . . .
9
3.1
Elektrodynamika w pró»ni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
3.1.1
Okre±lenie pola E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
3.1.2
iła Lorentza. Okre±lenie pola indukcji magnetycznej B
9
3.1.3
I Prawo Coulomba. Równanie Maxwella w postaci całkowej i ró»niczkowej. 12
3.1.4
II Równanie Maxwella. Brak monopoli magnetycznych .
13
3.1.5
Prawo Faradaya . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14
3.1.6
Równanie Ampere’a-Maxwella . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
3.1.7
Układ równa« Maxwella . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
3.2
Potencjały wektorowe i skalarne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
3.2.1
Definicje potecjałów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
3.2.2
Jakie mo»liwo±ci daje nam cechowanie? - rozwa»ania teoretyczne 21
3.2.3
Wektor Hertza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
3.3
Zasady zachowania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23
3.3.1
Twierdzenie Poyntinga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23
4
Fale elektromagnetyczne w pró»ni. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
4.1
Równania falowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
4.2
Fala płaska harmoniczna w pró»ni bez ładunków . . . . . . . . . . . .
26
4.2.1
Discussion and exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
4.3
Niejednorodne równanie falowe. Generacja fal E-M. . . . . . . . . . .
30
4.3.1
O metodzie funkcji Greena. Równanie Poissona.
. . . . . .
30
4.3.2
Metoda funkcji Greena dla Równania falowego. . . . . . . . .
31
4.3.3
Wzór ogólny dla pola promienowania elektromagnetycznego. 33
4.4
Promieniowanie of the isolated charged point particle. . . . . . . . .
34
VI
Spis tre±ci
4.5
Promieniowanie of oscillating charged system of particles. Expansion multipolowe.
37
4.5.1
General remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
37
4.5.2
Rozwiniecie multipolowe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38
4.5.3
Zjawisko emisji w przybli»eniu dipolowym. Promieniowanie dipola. 39
4.5.4
Next approximation. Quadrupole momentum. . . . . . . . . .
41
4.5.5
Definicja momentu dipolowego magnetycznego . . . . . . . .
42
4.6
Discussion and exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
44
5
Teoria wzgl¦dno±ci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
45
5.1
Transformacja Lorentza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
45
5.2
Geometria czasoprzestrzeni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
48
5.3
Kinematyka relatywistyczna i cztero-wektory. . . . . . . . . . . . . . . .
50
5.4
Mechanika relatywistyczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
51
5.5
Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
54
5.6
wiczenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
55
5.7
Notka hystoryczna. Narodziny nowej mechaniki (teorii wzgl¦dno±ci) 55
6
Pole elektromagnetyczne w materii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
59
6.1
Definicja wektorów: polaryzacji, indukcji elektrycznej, magnetyzacji, oraz nat¦»enia pola magnetycznego. Równania Maxwella dla pola elektromagnetycznego w materii 59
6.1.1
Niejawna definicja wektorów: polaryzacji, indukcji elektrycznej.
59
6.1.2
Niejawna definicja wektora magnetyzacji, oraz nat¦»enia pola magnetycznego. 61
6.1.3
Równania Maxwella dla pola elektromagnetycznego w materii
62
6.1.4 Jawna definicja wektorów: polaryzacji, indukcji elektrycznej. 62
6.1.5 Jawna empiryczna definicja wektorów: nat¦»enia pola magnetycznegoHoraz indukcji magnetycznejB. 63
6.1.6 The fields measurements in experimental practice . . . . . . 65
6.1.7 Rownania materialne jako termodynamiczne rownania stanu 65
6.1.8 Prawo zachowania energii dla pola w materii . . . . . . . . . . 67
6.1.9 Zwi¡zek pomi¦dzy wektorem polaryzacji a momentem dipolowym 69
6.1.10 Zwi¡zek pomi¦dzy wektorem magnetyzacji a momentem magnetycznym dipolowym 71
6.1.11 More comments on the definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
72
6.2
Podział substancji ze wzgl¦du na własno±ci elektryczne i magnetyczne 76
6.2.1
Kłasyfikacja o±rodkow ciagłych wg. rownan materialowych. 76
6.2.2
Dielektryki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
78
6.2.3
Magnetyki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
83
6.3
Dyspersja w dielektrykach, przewodnikach, plazmie . . . . . . . . . .
88
6.3.1
Model Lorentza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
88
6.3.2
Teoria Drudego metali. Prawo Ohma. . . . . . . . . . . . . . . . .
89
6.4
Fale EM w materii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
90
7
Plasma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
93
7.1
Electrodynamics of a plasma. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
93
7.1.1
All is a plazma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
93
7.1.2
Prawo Ohma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
95
7.1.3
Vlasov equation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
95
7.2
Atmosphere plasma
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
95
Spis tre±ci
VII
7.3
Solid state physics. Electron-hole plasma . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
96
7.4
Tokamak plasma. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
96
7.5
History and plans. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
97
8
Fale elektromagnetyczne in a piecewise homogeneous medium.
99
8.1
Warunki brzegowe. Surface charges and currents Elektryczno±¢ powierzchniowa.
99
8.2
Reflection and refraction of a plane wave on a border Odbicie fali elektromagnetycznej 102
8.2.1
General relations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
8.2.2
Reflection and transmission of wave propagating orthogonally to a boundary 103
8.2.3
Problem of plane wave refraction Wyprowadzenie współczynników załamania 105
8.2.4
Reflection and transmission of wave propagating almost orthogonally to a boundary 106
8.2.5
Direct and inverse problem of plane wave in a layered medium 106
8.3
Waveguide propagation and resonators Falowody . . . . . . . . . . . . 110
8.3.1
Pole na powierzchni i wewn¡trz przewodnika . . . . . . . . . . 110
8.3.2
Falowody o sciankach metalowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
8.3.3
Falowody dielektryczne - ±wiatłowody . . . . . . . . . . . . . . . . 113
8.3.4
Rozwi¡zanie dla ±wiatłowodu cylindrycznego -polaryzacja liniowa 113
8.3.5
Podział rozwi¡za« . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
8.4
Tłumienie falowodów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
8.5
Dyfrakcja fal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
8.5.1
On Kirchho and Huygens relations . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
8.5.2
General remarks on problems of diraction and scattering. Integral equation 124
8.5.3
Generalized Kirchho and the generalized Huygens formulas. 125
8.6
Diraction on a screen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
8.6.1
Rownania radaru i Zagadnienia odwrotne w elektrodynamice 126
8.6.2
Pole anteny tłokowej. Diagram kierunkowy) . . . . . . . . . . . 127
8.6.3
Równanie radaru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
8.6.4
Plane waves in cylindrical and spherical coordinates. . . . 129
8.6.5
Dyfracja i Rozpraszanie na walcu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
8.6.6
Rozpraszanie na kuli dielektrycznej Rayleigh scattering 130
9
Appendices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
9.1
Appendix 1. On tensor definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
9.2
Appedix 2. Prawo zachwania p¦du . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
9.2.1
Derivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
9.2.2
Pravo zachowania p¦du in vector form . . . . . . . . . . . . . . . 138
Literatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin