2.3. POLARIZACE VLN, POLARIZAČNÍ KOEFICIENTY A POMĚR E/B



Podobné dokumenty
15 s. Analytická geometrie lineárních útvarů

4.6.6 Složený sériový RLC obvod střídavého proudu

Pomůcka pro demonstraci momentu setrvačnosti

- světlo je příčné vlnění

Kvadratické rovnice pro učební obory

M - Rovnice - lineární a s absolutní hodnotou

Laboratorní práce č. 3: Měření indukčnosti cívky pomocí střídavého proudu

Nerovnice s absolutní hodnotou

12/40 Zdroj kmitů budí počátek bodové řady podle vztahu u(o, t) = m. 14/40 Harmonické vlnění o frekvenci 500 Hz a amplitudě výchylky 0,25 mm

(a) = (a) = 0. x (a) > 0 a 2 ( pak funkce má v bodě a ostré lokální maximum, resp. ostré lokální minimum. Pokud je. x 2 (a) 2 y (a) f.

Geometrické vektory. Martina Šimůnková. Katedra aplikované matematiky. 9. března 2008

1.3.1 Kruhový pohyb. Předpoklady: 1105

Fyzika - Kvarta Fyzika kvarta Výchovné a vzdělávací strategie Učivo ŠVP výstupy

UŽITÍ DERIVACÍ, PRŮBĚH FUNKCE

Úloha č. 8 Vlastnosti optických vláken a optické senzory

Řešení: a) Označme f hustotu a F distribuční funkci náhodné veličiny X. Obdobně označme g hustotu a G distribuční funkci náhodné veličiny Y.

STEREOMETRIE. Vzdálenost bodu od přímky. Mgr. Jakub Němec. VY_32_INOVACE_M3r0113

3.2.4 Podobnost trojúhelníků II

3.2 Rovnice postupné vlny v bodové řadě a v prostoru

Identifikátor materiálu: VY_32_INOVACE_353

Kvadratické rovnice pro studijní obory

1. Stejnosměrný proud základní pojmy

2.7.2 Mocninné funkce se záporným celým mocnitelem

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Jednofázový alternátor

Funkce více proměnných

2.8.9 Parametrické rovnice a nerovnice s absolutní hodnotou

Optika. VIII - Seminář

Rozšíření počítadla okruhů pro českou autodráhu s roztečí drážek 90 mm (ev. č.: )

Paradigmata kinematického řízení a ovládání otevřených kinematických řetězců.

Semestrální práce NÁVRH ÚZKOPÁSMOVÉHO ZESILOVAČE. Daniel Tureček zadání číslo 18 cvičení: sudý týden 14:30

E-ZAK. metody hodnocení nabídek. verze dokumentu: QCM, s.r.o.

KVADRATICKÉ ROVNICE A NEROVNICE (včetně řešení v C)

6. Střídavý proud Sinusových průběh

UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI. Přírodovědecká fakulta. Katedra optiky. Jana Grézlová. Obor: Digitální a přístrojová optika.

ESII-2.1 Elektroměry

EXPONENCIÁLNÍ A LOGARITMICKÁ FUNKCE

Lokální a globální extrémy funkcí jedné reálné proměnné

= musíme dát pozor na: jmenovatel 2a, zda je a = 0 výraz pod odmocninou, zda je > 0, < 0, = 0 (pak je jediný kořen)

ALGEBRA LINEÁRNÍ, KVADRATICKÉ ROVNICE

INŽENÝRSKÁ MATEMATIKA LOKÁLNÍ EXTRÉMY

Diferenciální počet funkcí jedné proměnné

Energetický regulační

1. Kruh, kružnice. Mezi poloměrem a průměrem kružnice platí vztah : d = 2. r. Zapíšeme k ( S ; r ) Čteme kružnice k je určena středem S a poloměrem r.

Tvarovací obvody. Vlastnosti RC článků v obvodu harmonického a impulsního buzení. 1) RC článek v obvodu harmonického buzení

Informace o stavu bodového systému v České republice PŘESTUPKY A TRESTNÉ ČINY I. Q O 070 Odbor kabinet ministra O 072 Oddělení tiskové

Pracovní list vzdáleně ovládaný experiment. Obr. 1: Schéma sériového RLC obvodu, převzato z [3].

Aktivní filtry. 1. Zadání: A. Na realizovaných invertujících filtrech 1.řádu s OZ: a) Dolní propust b) Horní propust c) Pásmová propust

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

DS SolidWorks PDM Workgroup

10a. Měření rozptylového magnetického pole transformátoru s toroidním jádrem a jádrem EI

1.1.1 Kvadratické rovnice (dosazení do vzorce) I

Úlohy 22. ročníku Mezinárodní fyzikální olympiády - Havana, Cuba

tvarovací obvody obvody pro úpravu časového průběhu signálů Derivační obvody Derivační obvod RC i = C * uc/ i = C * (u-ur) / ur(t) = ir = CR [

Popis připojení elektroměru k modulům SDS Micro, Macro a TTC.

Tvorba trendové funkce a extrapolace pro roční časové řady

2.1. Pojem funkce a její vlastnosti. Reálná funkce f jedné reálné proměnné x je taková

Matematika 9. ročník

ax + b = 0, kde a, b R, přímky y = ax + b s osou x (jeden, nekonečně mnoho, žádný viz obr. 1.1 a, b, c). Obr. 1.1 a Obr. 1.1 b Obr. 1.

ČÁST VI - K M I T Y A V L N Y

Kvantové počítače algoritmy (RSA a faktorizace čísla)

Mechanika tuhého tělesa. Dynamika + statika

6 ZÁKLADY VEKTOROVÉHO POČTU

Osvětlování a stínování

Př. 3: Dláždíme čtverec 12 x 12. a) dlaždice 2 x 3 12 je dělitelné 2 i 3 čtverec 12 x 12 můžeme vydláždit dlaždicemi 2 x 3.

Sada: VY_32_INOVACE_4IS

souřadné systémy geometrické určení polohy pevně spojené se vztažným tělesem

Teoretické úlohy celostátního kola 53. ročníku FO

Optika anizotropních prostředí OPT/ANIZ Optika krystalů OPT/OK (řešení úloh pomocí programů OSLO Premium fy Lambda Research)

Poznámky k verzi. Scania Diagnos & Programmer 3, verze 2.27

+ ω y = 0 pohybová rovnice tlumených kmitů. r dr dt. B m. k m. Tlumené kmity

Řešení: ( x = (1 + 2t, 2 5t, 2 + 3t, t); X = [1, 2, 2, 0] + t(2, 5, 3, 1), přímka v E 4 ; (1, 2, 2, 0), 0, 9 )

Optické měřicí 3D metody

Nyní jste jedním z oněch kouzelníků CÍL: Cílem hry je zničit soupeřovy HERNÍ KOMPONENTY:

Orientovaná úseka. Vektory. Souadnice vektor

Komplexní číslo. Klíčové pojmy: Komplexní číslo, reálná část, imaginární část, algebraické počty s komplexním číslem

3 Elektromagnetické vlny ve vakuu

Práce se zálohovými fakturami

Předpokládané znalosti ze středoškolské matematiky. Pokuste se rozhodnout o pravdivosti následujících výroků a formulujte jejich negace.

Analytická geometrie ( lekce)

Dualita v úlohách LP Ekonomická interpretace duální úlohy. Jiří Neubauer. Katedra ekonometrie FEM UO Brno

Téma 10: Podnikový zisk a dividendová politika

( ) Neúplné kvadratické rovnice. Předpoklady:

Sériově a paralelně řazené rezistory. Tematický celek: Elektrický proud. Úkol:

4. Výčtem prvků f: {[2,0],[3,1],[4,2],[5,3]}

3. kapitola: Útlum, zesílení, zkreslení, korekce signálu (rozšířená osnova)

( ) Kreslení grafů funkcí metodou dělení definičního oboru I. Předpoklady: 2401, 2208

24 VLNĚNÍ Základní druhy vlnění a vlnová rovnice

Mřížky a vyústky NOVA-C-2-R2. Vyústka do kruhového potrubí. Obr. 1: Rozměry vyústky

(3) Zvolíme pevné z a sledujme dráhu, kterou opisuje s postupujícím časem koncový bod vektoru E v rovině z = konst. Upravíme vztahy (2) a (3)

Základní chemické pojmy a zákony

Úloha č. 6 Stanovení průběhu koncentrace příměsí polovodičů

7. Odraz a lom. 7.1 Rovinná rozhraní dielektrik - základní pojmy

Autor: Datum vytvoření: Ročník: Tematická oblast: Předmět: Klíčová slova: Anotace: Metodické pokyny:

Střední průmyslová škola strojnická Olomouc, tř.17. listopadu 49

INFORMACE NRL č. 12/2002 Magnetická pole v okolí vodičů protékaných elektrickým proudem s frekvencí 50 Hz. I. Úvod

10. Polynomy a racionálně lomenné funkce

Soustavy lineárních rovnic

2.7.1 Mocninné funkce s přirozeným mocnitelem

Ele 1 elektromagnetická indukce, střídavý proud, základní veličiny, RLC v obvodu střídavého proudu

Transkript:

.3. POLARIZACE VLN, POLARIZAČNÍ KOEFICIENTY A POMĚR E/B V řadě případů je užitečné znát polarizaci vlny a poměry mezi jednotlivými složkami vektoru elektrické intenzity E takzvané polarizační koeficienty, případně vztah ke složkám magnetické indukce B. Příklad využití znalosti polarizačních koeficientů bude uveden v kapitole pojednávající o odhadu vývoje intenzity pole chorových emisí podél jejich dráhy v kapitole 4. Při definici polarizačních koeficientů vycházíme buď ze souřadného systému spojeného se směrem okolního magnetického pole (osa Z = B 0, nebo se směrem vlnového vektoru k (Z =k. Vztah mezi uvedenými souřadnými soustavami je nejlépe patrný z obrázku.8, ze kterého je zřejmé, že čárkovaná soustava je vůči soustavě nečárkované pootočena okolo osy Y=Y o úhel θ, který mezi sebou svírá vektor magnetické indukce a vlnový vektor. Obr..8: Nečárkovaně systém souřadnic spojený se směrem okolního magnetického pole B 0, čárkovaně systém souřadnic spojený se směrem vlnového vektoru k. Rovina i Z je určena vektory B 0 a k. Z rovnice (.13 pro amplitudu elektrického pole rovinné harmonické vlny lze přímo psát vztahy pro polarizační koeficienty v nečárkované soustavě Z. EY i D = = (.3 E n S EZ n cosθ sinθ = = (.4 E n sin θ P Rovnici (.3 obdržíme z druhého řádku rovnice (.13, rovnici (.4 z řádku třetího. Polarizační koeficient ve třetí rovině je závislý na předchozích dvou, a je roven EZ n cosθ ( n S YZ = = = i = i (.5 E Im{ } ( n sin θ P D Y 3

Obr..9: Závislost polarizačního koeficientu na frekvenci normované k elektronové 0.7:0.:0.1. Fialově R mód, modře L mód. Obr..10: Závislost polarizačního koeficientu na frekvenci normované k elektronové 0.7:0.:0.1. 4

Obr..11: Závislost polarizačního koeficientu YZ na frekvenci normované k elektronové 0.7:0.:0.1. Průběh polarizačních koeficientů, a YZ je znázorněn na obrázcích.9,.10 a.11 pro podmínky stejné jako průběh kvadrátu indexu lomu a rychlostí vlnění na obrázcích.. a.4. Polarizační koeficient a YZ je ryze imaginární číslo, vyjadřující fázový posuv π/ mezi příslušnými dvěma složkami. Polarizační koeficient je reálné číslo. Pro limitní případ R (L módu je polarizační koeficient =i (-i, = YZ =0. Polarizační koeficient je nulový pro mimořádnou vlnu. V některých případech je výhodné znát polarizační koeficienty v čárkované souřadné soustavě Y Z spojené s vlnovým vektorem k. Z obrázku.8. je zřejmé, že složky intenzity elektrického pole se transformují následujícím způsobem E = EZ sinθ + E cosθ (.6 E Z = E Y (.7 E Z = EZ cosθ + E sinθ (.8 Ze vztahů (.3, (.4, (.6, (.7 a (.8 potom pro polarizační koeficienty v čárkované souřadné soustavě dostáváme: E Y i D (P-n sin θ Y = = (.9 E (n S P cosθ E Z (P-n Z = = tgθ (.30 E P 5

Polarizační koeficient v rovině Y Z je opět závislý na předchozích dvou a je roven EZ ' ' Z ' ' ' Z ' ( P n ( n S ' Y ' Z ' = = = i = i (.31 E ' ' Im{ ' } D ( P n sin θ Y ' Y ' Y ' Polarizační koeficient Y a Y Z je ryze imaginární číslo, vyjadřující fázový posuv π/ mezi příslušnými dvěma složkami. Polarizační koeficient Z je reálné číslo. Pro limitní případ R (L módu jsou souřadné soustavy a tudíž i polarizační koeficienty shodné. Pro případ obecného úhlu či pro případ a O módu se však polarizační koeficienty v obou soustavách liší. Např. Y i a Z pro mód, a Y = 0 a Z = 0 pro O mód. Průběh polarizačních koeficientů Y, Z a Y Z je znázorněn na obrázcích.1,.13 a.14 pro podmínky stejné jako průběh kvadrátu indexu lomu a rychlostí vlnění na obrázcích.. a.4. Obr..1: Závislost polarizačního koeficientu Y na frekvenci normované k elektronové 0.7:0.:0.1. Fialově R mód, modře L mód, žlutě O mód. 6

Obr..13: Závislost polarizačního koeficientu Z na frekvenci normované k elektronové 0.7:0.:0.1 Obr..14: Závislost polarizačního koeficientu Y Z na frekvenci normované k elektronové 0.7:0.:0.1 7

Podívejme se nyní jak se v závislosti na úhlu a normované frekvenci mění poměr elektrického a magnetického pole vlny. Vztah mezi složkami elektrického a magnetického pole získáme z Faradayova zákona, který pro harmonické rovinné vlny má tvar r r r k E = B (.3 Vzhledem k tvaru tohoto zákona je algebraicky jednodušší použít souřadnou soustavu, v níž je jedna osa spojena se směrem vlnového vektoru k (Z =k. Potom pro jednotlivé složky magnetického pole dostáváme k B = E Y (.33 k = (.34 B Y E B Z = 0 (.35 Magnetické pole je tedy kolmé k vlnovému vektoru i elektrickému poli. Velikosti efektivní hodnoty amplitudy elektrického pole E, a magnetického pole B během jedné periody můžeme pomocí výše uvedených vztahů vyjádřit prostřednictvím jedné složky a polarizačních koeficientů 1 E = 1+ Im { Y } + Z E 0 (.36 k 1 B = 1+ Im { Y } E 0 (.37 Nyní, když máme všechny veličiny vztažené k jedné složce, lze snadno určit poměry mezi velikostmi či složkami jednotlivých vektorů. Tyto poměry závisí na polarizačních koeficientech, tedy parametrech prostředí (plazmové, cyklotronní frekvenci a poměru jednotlivých druhů iontů a úhlu vlny θ. Pro poměr velikosti elektrického a magnetického pole můžeme psát E = B k 1+ Im 1+ Im { Y } + { } Y Z (.38 Poměr velikostí E/B má rozměr rychlosti. Z Faradayova zákona (.3 plyne, že pro vlny, které mají vlnový vektor k kolmý k vektoru elektrického pole E platí, že E c = = v f = (.39 B k n Z rovnice (.30 snadno nahlédneme, že tuto podmínku splňují pouze vlny šířící se podél magnetického pole (θ=0, tedy R a L mód. Pro vlny šířící se podél pole je tedy poměr velikostí elektrického a magnetického pole E/B roven fázové rychlosti vlnění. Obrázek.15 znázorňuje závislost poměru E/B na frekvenci normované k elektronové cyklotronní frekvenci pro různé úhly θ. Vidíme, že pro vlny šířící se na resonančním kuželu se tento poměr blíží nekonečnu, tj. vlny se chovají téměř jako elektrostatické. Poměr E/B roste s rostoucím úhlem θ. Tento nárůst je markantní zejména na kmitočtech dvou-iontových resonancí. Pro podélné vlny poměr sleduje fázové rychlosti, tedy se limitně blíží nekonečnu na kmitočtech ořezání, a naopak na kmitočtech cyklotronních resonancí elektrická složka vymizí. 8

Obr..15: Závislost poměru E/B podle vztahu (.38 na frekvenci normované k elektronové 0.7:0.:0.1. Fialově R mód, modře L mód. V závěru této kapitoly uveďme vztahy pro polarizační koeficienty složek magnetického pole rovinné harmonické vlny. Situace je velmi jednoduchá v souřadné soustavě, v níž je jedna osa spojena se směrem vlnového vektoru k (Z =k. Jak vidíme z rovnic (.33, (.34 a (.35 porucha magnetické pole existuje pouze v rovině Y a polarizační koeficient je roven σ B' Y E ' 1 1 ' Y i B' EY ' ' = = = = (.40 ' Y ' Im{ ' ' Y ' } Vidíme že složka v ose je oproti složce v ose Y posunuta o π/, stejně jako tomu bylo v případě složek elektrického pole, velikost poměru je však převrácenou hodnou poměru elektrických složek. V případě, kdy osa Z souřadnicového systému je totožná se směrem magnetického pole (Z = B 0 má vlnový vektor složky k=( k sinθ, 0, k cosθ a situace je algebraicky o něco složitější. S využitím Faradyova zákona a již dříve zavedených polarizačních koeficientů pro složky magnetického pole dostáváme. k k B = cos θ EY = cosθ E (.41 k k k BY = cosθ E EZ = (cosθ E (.4 k k BZ = sin θ EY = E (.43 Vidíme, že za určitých okolností existuje složka magnetického pole vlny, která je rovnoběžná se směrem okolního pole B 0. Polarizační koeficienty jsou určeny následujícími vztahy 9

BY (cosθ cosθ σ = = = i (.44 B cosθ cosθ Im{ } BZ σ = = tgθ (.45 B BZ sinθ sinθ Im{ } σ YZ = = = i = sinθ ' ' Y ' (.46 BY cosθ cosθ Složitější výrazy jsme obdrželi pro polarizační koeficienty σ a σ, jejich grafické znázornění je obrázcích.16 a.17 pro podmínky stejné jako průběh kvadrátu indexu lomu a rychlostí vlnění na obrázcích.. a.4. Je zřejmé, že polarizační koeficient σ má opačnou tendenci než koeficient, tj. roste-li absolutní velikost, klesá absolutní hodnota σ a naopak. Pro R a L mód je koeficient roven 1, respektive 1. Koeficient σ se pro velké úhly limitně blíží koeficientu Y. Pro malé úhly se liší, pro R a L mód je nulový. Obr..16: Závislost polarizačního koeficientu magnetických složek σ na frekvenci normované k elektronové cyklotronní frekvenci pro plazma složené z iontů vodíku, helia a kyslíku v poměru 0.7:0.:0.1. Fialově R mód, modře L mód. 30

Obr..17: Závislost polarizačního koeficientu magnetických složek σ YZ na frekvenci normované k elektronové cyklotronní frekvenci pro plazma složené z iontů vodíku, helia a kyslíku v poměru 0.7:0.:0.1. 31