Класифікація середовищ поширення електромагнітних хвиль
Найбільш простий середовищем з точки зору ефектів, супроводжуючих поширення електромагнітних хвиль, є вакуум. Вакуум являє собою єдину середу поширення електромагнітних хвиль, в якій немає дисперсії і втрат, а швидкість поширення електромагнітних хвиль не залежить від частоти. Хвильове число визначає просторову періодичність (довжину хвилі) електромагнітної хвилі частоти в напрямку свого поширення:
Відзначимо, що з цієї формули слід фундаментальний висновок про зв’язок просторової і тимчасової періодичності (періоду) хвилі, яка визначається своєю частотою. Фундаментальність цього висновку пов’язана тим, що це є лише окремим випадком прояву взаємозв’язку тимчасових і просторових характеристик електромагнітних хвиль більш складної структури, ніж плоскі, в чому ми переконаємося нижче в розділі 5 при вивченні явища когерентності електромагнітних хвиль.
На практиці вакуум може бути достатньо адекватною моделлю поширення електромагнітних хвиль в сухому повітрі і в розріджених газоподібних середовищах.
У діелектриках, які не є провідниками електрики, при постійних електричних і магнітних полях провідність можна знехтувати. При малих частотах електромагнітного поля значення діелектричної та магнітної проникності можна вважати не залежними від частоти і рівними статичним значенням, які мають місце для постійних полів. У цьому випадку просторова й тимчасова періодичності електромагнітної хвилі мають якісно такий же характер зв’язку, як і у вакуумі.
Поняття оптичної довжини шляху і пов’язане з ним поняття оптичної різниці ходу хвиль променів широко використовується для пояснення багатьох оптичних явищ і розуміння принципів роботи оптичних приладів.
При поширенні електромагнітної хвилі в середовищі змінюється в порівнянні з вакуумом також співвідношення між амплітудами її векторів напруженостей електричного і магнітного полів через залежності величини хвильового опору середовища від ставлення електричної та магнітної проникності, що дається формулою (3.3).
При збільшенні частоти необхідно враховувати залежність комплексних значень електричної та магнітної проникності середовища від частоти, внаслідок особливостей фізичних процесів поляризації або / і намагнічування середовища при поширенні електромагнітної хвилі в діелектрику / магнетику.
Для прикладу можна вказати статичну значення відносної діелектричної проникності води для постійних полів. Для хвиль інфрачервоного діапазону, відповідних довжині хвилі, значення комплексної діелектричної проникності. Пояснення особливостей залежно води від частоти виходить з уявлень про воду, як про полярне діелектрику, поляризація якого відбувається внаслідок повороту мають велику інерцію молекул води під дією змінного електричного поля електромагнітної хвилі. Особливо сильна дисперсія резонансного характеру відзначається для частот сантиметрового діапазону електромагнітних хвиль (довжина хвилі).
Для неферомагнітних матеріалів їх електродинамічні властивості визначаються виключно провідністю речовини. Як показує досвід, провідність металів у всьому діапазоні електромагнітних хвиль радіочастотного діапазону аж до міліметрових хвиль зберігає своє значення, що має місце для статичних полів (при постійному струмі). В оптичному діапазоні, починаючи з інфрачервоного діапазону, електродинамічні властивості мають більш складний характер залежно від частоти електромагнітних хвиль.
Звідси випливає, що для всіх металів у всьому діапазоні радіочастот і почасти в оптичному діапазоні. Це виправдовує нехтування дійсної частини в порівнянні з уявної при розрахунку комплексної діелектричної проникності за формулою (3.18).
З інших провідників відзначимо електроліти, провідність яких обумовлена??іонами. Провідність електролітів при низьких частотах електромагнітних хвиль дуже висока. Однак зі зростанням частоти провідність падає і для більшість електролітів для оптичного діапазону прозорі. Відзначимо, що факт прозорості речовини говорить про відсутність поглинання електромагнітних хвиль через наявність уявної частини комплексної діелектричної проникності, обумовленої в основному провідністю. Для кухонної солі провідність знижується вже в метровому діапазоні електромагнітних хвиль.
Відзначимо, що в залежності від діапазону електромагнітних хвиль не тільки провідники можуть ставати ізоляторами, як у прикладі з кухонною сіллю, а й навпаки – ізолятори можуть ставати провідниками, як це має місце для етилового спирту, який починає ефективно поглинати електромагнітні хвилі в діапазоні довжин хвиль 3 см – 20 см.
Магнітні властивості феромагнітних речовин дуже сильно змінюються з частотою. Так для феромагнітних сердечників використовуваних в радіотехніці значення магнітної проникності різко зменшується із зростанням частоти, починаючи з звукових частот (10 – 20 Кгц) електромагнітних хвиль.
Спеціальні магнітні матеріали – ферити, приготовані на основі порошкової технології з ферромагнетиков, зберігають великі значення магнітної проникності, характерні для звичайних ферромагнетиков для статичних полів, і для радіочастот, аж до надвисокочастотного діапазону електромагнітних хвиль.
Поняття комплексної діелектричної проникності середовища дозволяє розглянути з єдиних позицій комплексних рівнянь Максвелла поширення електромагнітних хвиль у різних середовищах, що заслужено має велике науково-практичне значення для вирішення широкого кола природно – наукових і технічних завдань.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)