Elektromagnetické pole je generováno elektrickými náboji a jejich pohybem. Je-li zdroj charakterizován nábojovou hustotou ( r r

Podobné dokumenty
Postupné, rovinné, monochromatické vlny v lineárním izotropním nemagnetickém prostředí

Záření KZ. Význam. Typy netermálního záření. studium zdrojů a vlastností KZ. energetické ztráty KZ. synchrotronní. brzdné.

Rovinná monochromatická vlna v homogenním, neabsorbujícím, jednoosém anizotropním prostředí

(Následující odstavce jsou zde uvedeny jen pro zájemce.) , sin2π, (2)

Úvod do laserové techniky

Modelování blízkého pole soustavy dipólů

Základní otázky pro teoretickou část zkoušky.

Obsah PŘEDMLUVA 11 ÚVOD 13 1 Základní pojmy a zákony teorie elektromagnetického pole 23

plochy oddělí. Dále určete vzdálenost d mezi místem jeho dopadu na

Úvod do laserové techniky

Laserová technika prosince Katedra fyzikální elektroniky.

V mnoha běžných případech v optickém oboru je zanedbáváno silové působení magnetické složky elektromagnetického pole na náboje v látce str. 3 6.

1.8. Mechanické vlnění

Obecná vlnová rovnice pro intenzitu elektrického pole Vlnová rovnice mimo oblast zdrojů pro obecný časový průběh veličin Vlnová rovnice mimo oblast

Atom vodíku. Nejjednodušší soustava: p + e Řešitelná exaktně. Kulová symetrie. Potenciální energie mezi p + e. e =

Příklad 3 (25 bodů) Jakou rychlost musí mít difrakčním úhlu 120? -částice, abychom pozorovali difrakční maximum od rovin d hkl = 0,82 Å na

ρ = 0 (nepřítomnost volných nábojů)

Optika pro mikroskopii materiálů I

KLASICKÁ MECHANIKA. Předmětem mechaniky matematický popis mechanického pohybu v prostoru a v čase a jeho příčiny.

5.1 Modelování drátových antén v časové oblasti metodou momentů

Skalární a vektorový popis silového pole

a) [0,4 b] r < R, b) [0,4 b] r R c) [0,2 b] Zakreslete obě závislosti do jednoho grafu a vyznačte na osách důležité hodnoty.

Učební text k přednášce UFY102

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/ Vlnění

Světlo jako elektromagnetické záření

Hamiltonián popisující atom vodíku ve vnějším magnetickém poli:

Přijímací zkouška pro nav. magister. studium, obor učitelství F-M, 2012, varianta A

k + q. Jestliže takový dipól kmitá s frekvencí ν (odpovídající

Vlny v plazmatu. Narušení rovnováhy, perturbace se šíří prostorem => vlny Vlna musí být řešením příslušných rovnic plazmatu => módy

15 Fourierova transformace v hypersférických souřadnicích

1 Rozdělení mechaniky a její náplň

f x = f y j i y j x i y = f(x), y = f(y),

Elektromagnetický oscilátor

Elektromagnetické vlny II

Základní otázky ke zkoušce A2B17EPV. České vysoké učení technické v Praze ID Fakulta elektrotechnická

FYZIKA II. Marek Procházka 1. Přednáška

Lineární algebra : Metrická geometrie

13. cvičení z Matematické analýzy 2

Řešení: Nejdříve musíme určit sílu, kterou působí kladka proti směru pohybu padajícího vědra a napíná tak lano. Moment síly otáčení kladky je:

Analýza napjatosti PLASTICITA

ŠROUBOVICE. 1) Šroubový pohyb. 2) Základní pojmy a konstrukce

Laserová technika prosince Katedra fyzikální elektroniky.

Využití komplementarity (duality) štěrbiny a páskového dipólu M

1 Analytická geometrie

l, l 2, l 3, l 4, ω 21 = konst. Proved te kinematické řešení zadaného čtyřkloubového mechanismu, tj. analyticky

Gyrační poloměr jako invariant relativistického pohybu. 2 Nerovnoměrný pohyb po kružnici v R 2

Rovnice rovnováhy: ++ =0 x : =0 y : =0 =0,83

Dnešní látka: Literatura: Kapitoly 3 a 4 ze skript Karel Rektorys: Matematika 43, ČVUT, Praha, Text přednášky na webové stránce přednášejícího.

Jaký význam má kritický kmitočet vedení? - nejnižší kmitočet vlny, při kterém se vlna začíná šířit vedením.

25 ELEKTROMAGNETICKÉ VLNĚNÍ

Fyzika laserů. 7. března Katedra fyzikální elektroniky.

ČÁST V F Y Z I K Á L N Í P O L E. 18. Gravitační pole 19. Elektrostatické pole 20. Elektrický proud 21. Magnetické pole 22. Elektromagnetické pole

F n = F 1 n 1 + F 2 n 2 + F 3 n 3.

5. Světlo jako elektromagnetické vlnění

Příklady z teoretické mechaniky pro domácí počítání

GAUSSŮV ZÁKON ELEKTROSTATIKY

Charakteristiky optického záření

Úvod do laserové techniky

19 Eukleidovský bodový prostor

Elementární částice. 1. Leptony 2. Baryony 3. Bosony. 4. Kvarkový model 5. Slabé interakce 6. Partonový model

MFT - Matamatika a fyzika pro techniky

Transformujte diferenciální výraz x f x + y f do polárních souřadnic r a ϕ, které jsou definovány vztahy x = r cos ϕ a y = r sin ϕ.

Kinematika tuhého tělesa. Pohyb tělesa v rovině a v prostoru, posuvný a rotační pohyb

Fourierovské metody v teorii difrakce a ve strukturní analýze

7 Gaussova věta 7 GAUSSOVA VĚTA. Použitím Gaussovy věty odvod te velikost vektorů elektrické indukce a elektrické intenzity pro

BIOMECHANIKA KINEMATIKA

Vybrané kapitoly z matematiky

KMS cvičení 5. Ondřej Marek

Skalární součin dovoluje zavedení metriky v afinním bodovém prostoru, tj. umožňuje nám určovat vzdálenosti, odchylky, obsahy a objemy.

PŘEDNÁŠKA 9 KŘIVKOVÝ A PLOŠNÝ INTEGRÁL 1. DRUHU

Dvojné a trojné integrály příklad 3. x 2 y dx dy,

Rovinné přetvoření. Posunutí (translace) TEORIE K M2A+ULA

4 Příklady Fraunhoferových difrakčních jevů

Matematika 1 MA1. 1 Analytická geometrie v prostoru - základní pojmy. 4 Vzdálenosti. 12. přednáška ( ) Matematika 1 1 / 32

1. Kvantové jámy. Tabulka 1: Efektivní hmotnosti nosičů v krystalech GaAs, AlAs, v jednotkách hmotnosti volného elektronu m o.

Rovnice přímky. s = AB = B A. X A = t s tj. X = A + t s, kde t R. t je parametr. x = a 1 + ts 1 y = a 2 + ts 2 z = a 3 + ts 3. t R

Necht L je lineární prostor nad R. Operaci : L L R nazýváme

FYZIKA I. Rovnoměrný, rovnoměrně zrychlený a nerovnoměrně zrychlený rotační pohyb

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Gaussův zákon

i β i α ERP struktury s asynchronními motory

DISPERZNÍ KŘIVKY V DESCE S KUBICKOU ANIZOTROPIÍ

#(, #- #(!!$!#$%!! [2], studiu difraktivních. #!$$&$.( &$/#$$ oblasti holografie a difraktivní!# '!% #!!$#!'0!!*#!(#!! #!!! $ % *! $! (!

Přehled veličin elektrických obvodů

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS kontrolní otázky a odpovědi

1. Dva dlouhé přímé rovnoběžné vodiče vzdálené od sebe 0,75 cm leží kolmo k rovine obrázku 1. Vodičem 1 protéká proud o velikosti 6,5A směrem od nás.

A[a 1 ; a 2 ; a 3 ] souřadnice bodu A v kartézské soustavě souřadnic O xyz

ω=2π/t, ω=2πf (rad/s) y=y m sin ωt okamžitá výchylka vliv má počáteční fáze ϕ 0

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Spojité rozložení náboje

I. část - úvod. Iva Petríková

Otázky k ústní zkoušce, přehled témat A. Číselné řady

Mechanika - kinematika

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2015

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Skalární součin. študenti MFF 15. augusta 2008

Matematika II, úroveň A ukázkový test č. 1 (2018) 1. a) Napište postačující podmínku pro diferencovatelnost funkce n-proměnných v otevřené

Graf závislosti dráhy s na počtu kyvů n 2 pro h = 0,2 m. Graf závislosti dráhy s na počtu kyvů n 2 pro h = 0,3 m

3.2 Stíněné mikropáskové vedení

MATEMATIKA III. π π π. Program - Dvojný integrál. 1. Vypočtěte dvojrozměrné integrály v obdélníku D: ( ), (, ): 0,1, 0,3, (2 4 ), (, ) : 1,3, 1,1,

Digital Control of Electric Drives. Vektorové řízení asynchronních motorů. České vysoké učení technické Fakulta elektrotechnická

Matematika I 12a Euklidovská geometrie

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ PRŮVODCE GB01-P05 MECHANICKÉ VLNĚNÍ

Transkript:

Záření Hertzova dipólu, kulové vlny, Rovnice elektromagnetického pole jsou vektorové diferenciální rovnice a podle symetrie bývá vhodné je řešit v křivočarých souřadnicích. Základní diferenciální operátory v kulových a válcových souřadnicích jsou shrnuty na str. 1 5. Elektromagnetické pole je generováno elektrickými náboji a jejich pohybem. Je-li zdroj charakterizován nábojovou hustotou ( r r ρ ', t *) a proudovou hustotou j( r ', t *) je možno úlohy r řešit za pomoci vektorového a skalárního potenciálu A ( r r, t) a φ ( r,t), které splňují vlnovou rovnici. Lze je hledat ve tvaru r r r r µ 0 j ( ) ( ', t *) A, t = dv ' 4π R V ' r r 1 ρ ( ) ( ', t *) φ, t = dv ' 4πε R r r R = ', r r E r r B 0 V ' ( r, t) = gradφ( r, t) r r ( r, t) = rota( r, t) R t* = t c r r r A - t (, t) Je-li zdroj tvořen elektrickými nebo magnetickými dipóly, je často vhodné hledat řešení za r Π r t splňuje vlnovou rovnici pomoci Hertzových vektorů. Např elektrický Hertzův vektor ( ) 2 r r 2r 1 Π e P Π e =, 2 2 c t ε r kde P ( r, t) je vektor elektrické polarizace (objemová hustota elektrického dipólového momentu), s řešením r r r r 1 P ( ) ( ', t *) Π e, t = dv ' 4πε 0 R V ' 2 r r r r r r 1 Π e (, t) E(, t) = grad div Π e (, t) 2 2 c t r r r r 1 Π e (, t) B(, t) = rot 2 c t str. 6 8 0 e,

Obzvlášť jednoduchým příkladem je vyzařování malinkého ( bodového ) elektrického dipólu charakterizovaného dipólovým momentem p r v počátku souřadné soustavy. Řešení v pravoúhlém souřadném systému je na str. 8 12 a řešení téže úlohy v kulových souřadnicích na str. 13 15. Přidáme-li navíc podmínku o harmonické časové závislosti p ( t), dostáváme zdroj kulové monochromatické vlny, jejíž složky v kulové souřadné soustavě ( r,θ,α ) jsou E r E B Θ α p 0 ( r, Θ, α, t) = cos Θ i exp[ i( kr ωt) ] 2πε p 4πε 0 ( r, Θ, α, t) = sin Θ i exp[ i( kr ωt) ] p 0 0 0 ( r, Θ, α, t) = sin Θ i exp[ i( kr ωt) ] 4πε c 0 1 3 r 1 3 r k 2 r k 2 r k 2 r 2 k r 2 k r Tato vlna splňuje Maxwellovy rovnice a vztahy z nich vyplývající. S rostoucí vzdáleností od zdroje nejpomaleji klesají příčné složky E Θ, B. str. 16 27. α r V oblasti kde P( r r r r r, t) = 0 lze použít k výpočtu E (, t) = rot rot Π(, t). Provedení tohoto výpočtu pro pole harmonicky kmitajícího dipólu v kulových souřadnicích je na str. 27A, 27B. Časová střední hodnota Poyntingova vektoru má pouze radiální složku < S r >= p ω 2 4 2 0 sin 2 3 2 32π c ε 0 r po integraci do všech směrů pro celkový vyzařovaný výkon 2 4 2 4 p0 ω p0 ω µ 0 P = = 3 12πε c 12πc 0 Θ, v souladu s obecnějším Larmorovým vztahem pro výkon vyzařovaný nábojem q pohybujícím se se zrychlením a 2 2 q a P = 3 6πε c 0 str. 28 30 Tato vlna představuje nejjednodušší typ vektorové vlny s kulovými vlnoplochami, která splňuje Maxwellovy rovnice v prázdném prostoru. Často bývá výhodnější pracovat s vlnami u r, t splňuje ve volném prostoru bez zdrojů skalárními. Monochromatická skalární vlna ( ) 2 2 skalární Helmholtzovu rovnici u + k u = 0. Postupné vlny šířící se z počátku souřadné soustavy lze rozložit na radiální a úhlovou závislost u m n m ( r Θ, α ) = h ( kr) Y ( Θ, α ) exp( iωt),, n n

kde radiální závislost je popsána Hankelovými funkcemi a úhlové závislosti kulovými funkcemi, str. 31 33. Mezi řešeními skalární Helmholtzovy rovnice a vektorovýmí vlnami existují vztahy typu r E = n, m a nm r H = iωε rot rot 0 n, m a nm r m r m ( un ) + iωµ 0 bnm rot( un ) n, m r m r m rot( un ) + bnm rot rot( un ), kde a nm jsou koeficienty pro rozvoj pole podle elektrických multipólů a b nm souvisí s rozvojem podle magnetických multipólů; obojí určeno náboji a proudy ve zdrojové oblasti kolem počátku. Kulově symetrické skalární vlně 0 exp( ikr) u0 = exp( iωt) kr neodpovídá žádná nenulová vektorová vlna, která by se mohla šířit volným prostorem, str. 34. n, m Záření elektrického dipólu kmitajícího ve směru, ( Θ = 0) z lze odvodit z 0 0 1 i u ( ) ( ) 1 = h1 kr Y1 Θ, α = + ( ) Θ ( ) exp ikr cos, 2 kr kr str. 35 39. 1 1 1 1 Kombinace kulových funkcí Y 1 Y1 a Y 1 + Y1 vedou k polím dipólů kmitajícím podél osy x a y, str. 39 42. exp ikr Ve velkých vzdálenostech od zdroje je v radiálních funkcích dominující člen, kr přičemž úhlové rozložení na r nezávisí. Omezíme-li se na tento člen, dostaneme v limitě m r r grad, jehož složky jsou velkých r jen členy, které obsahují vektorový součin [ ( )] r r m [ ( gradyn )] r r r m [ ( grady )] n = 0 m r r m r Y [ ( grady )] = n. n Θ α m Yn = r Θ sin Θ Po dosazení do výrazů pro elektrické a magnetické pole to znamená, že pro všechny členy multipólového rozvoje ve velké vzdálenosti od zdroje dominují příčné složky. Elektrická a magnetická komponenta jsou na sebe kolmé podobně jako je tomu v rovinné vlně, str. 43 46. α Y n ( )

V některých případech lze vlnu aproximovat např. velikostí intenzity elektrického pole a neuvažovat o jejím vektorovém charakteru. Navíc se můžeme omezit na směry v úzkém intervalu kolem nějakého význačného směru šíření (osa z). Místo vlnové rovnice 2 r 2 r (, 1 E ) (, t) E t = 0 pro velikost intenzity elektrického pole lze řešit ve skalární 2 c t 2 paraxiální aproximaci monochromatické vlny rovnici pro komplexní amplitudu E ( r 0 ), která zahrnuje opravy tvaru vlnoploch oproti rovinné vlně, 2 E0 x 2 ( x y, z) E ( x, y, z) E ( x, y, z), 0 0 + + 2ik 2 2 y z = 0. str. 47 48. Přes výše uvedené skutečnosti se v optice v řadě případů zjednodušeně pracuje se skalární kulově symetrickou vlnou E r A r ( r, t) = exp[ i( kr ωt) ] která splňuje skalární vlnovou rovnici, ( A samozřejmě není potenciál) str. 49 50, a její paraxiální aproximace se bere ve tvaru parabolické vlny E A z ik 2z 2 2 ( x, y, z) = exp ( x + y ) exp i( kz ωt), [ ] která splňuje uvedenou paraxiální aproximaci vlnové rovnice a obsahuje člen vyjadřující parabolickou opravu k rovinnému tvaru vlnoploch, str. 51 52.,