ΧΡΟΝΙΚΑ ΜΕΤΑΒΑΛΛΟΜΕΝΑ ΠΕΔΙΑ

Σχετικά έγγραφα
ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΤΟΜΟΣ Ι ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1

11 ΧΡΟΝΙΚΑ ΜΕΤΑΒΑΛΛΟΜΕΝΑ ΠΕΔΙΑ

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

Experiments are the only means of knowledge. Anyother is poetry and imagination. M.Plank 2 ΟΙ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΤΟΥ MAXWELL

Μαγνητικά Πεδία σε Σύγχρονες Μηχανές. 3.1 Μαγνητικά πεδία σε μηχανές με ομοιόμορφο διάκενο.

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΠΗΓΕΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. ΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ Μετατροπή από καρτεσιανό σε κυλινδρικό σύστηµα Απειροστές ποσότητες... 7

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ ΦΥΣΙΚΗ ΙΙ

8 η Διάλεξη Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, φαινόμενα συμβολής, περίθλαση

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11 ΕΠΙΠΕ Ο ΚΥΜΑ

ΤΥΠΟΛΟΓΙΟ. q e = C Φορτίο Ηλεκτρονίου 1.1. Ηλεκτρικό Πεδίο 2.1. Ηλεκτρικό Πεδίο Σημειακού Φορτίου Q Ηλεκτρικό Πεδίο Σημειακού

ΜΕΤΡΗΣΗ ΚΑΙ ΦΑΣΜΑΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΗ ΙΟΝΙΖΟΥΣΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ

Ηλεκτρική Ενέργεια. Ηλεκτρικό Ρεύμα

(ΚΕΦ 32) f( x x f( x) x z y

ΗΜ & Διάδοση ΗΜ Κυμάτων

β) Για ένα μέσο, όπου το Η/Μ κύμα έχει ταχύτητα υ

ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΟΣ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΑ

Πηγές μαγνητικού πεδίου Νόμος Ampere. Ιωάννης Γκιάλας 21 Μαίου 2014

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Γ. Επικαμπύλια και Επιφανειακά Ολοκληρώματα. Γ.1 Επικαμπύλιο Ολοκλήρωμα

Μικροκυματικές Επικοινωνίες & Τεχνολογίες Χιλιοστομετρικών Κυμάτων

Ηλεκτρομαγνητισμός. Ηλεκτρικό πεδίο νόμος Gauss. Νίκος Ν. Αρπατζάνης

Αρχή λειτουργίας στοιχειώδους γεννήτριας εναλλασσόμενου ρεύματος

ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΚΥΚΛΩΜΑ 2019Κ1-2

Ανάλυση Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

Μεταβατική Ανάλυση - Φάσορες. Κατάστρωση διαφορικών εξισώσεων. Μεταβατική απόκριση. Γενικό μοντέλο. ,, ( ) είναι γνωστές ποσότητες (σταθερές)

ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ. a) Ομοαξονική γραμμή b) Γραμμή εδάφους c) Τρίκλωνη γραμμή d) Δισύρματη γραμμή (συνεστραμμένο καλώδιο)

ΑΝΩΤΑΤΟ ΣΥΜΒΟΥΛΙΟ ΕΠΙΛΟΓΗΣ ΠΡΟΣΩΠΙΚΟΥ ΕΡΩΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟ

Έστω μια ΓΜ η οποία περιγράφεται από ένα δίθυρο κύκλωμα με γενικευμένες παραμέτρους ABCD, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5.1. Οι σταθερές ABCD είναι:

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΕΠΑΓΩΓΗ

6η Εργαστηριακή Άσκηση Μέτρηση διηλεκτρικής σταθεράς σε κύκλωµα RLC

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο : ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΟ ΡΕΥΜΑ

Μαγνητικό Πεδίο. μαγνητικό πεδίο. πηνίο (αγωγός. περιστραμμένος σε σπείρες), επάγει τάση στα άκρα του πηνίου (Μετασχηματιστής) (Κινητήρας)

ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

ΑΣΥΡΜΑΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙΙ

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ ΤΟ ΥΛΙΚΟ ΕΧΕΙ ΑΝΤΛΗΘΕΙ ΑΠΟ ΤΑ ΨΗΦΙΑΚΑ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΑ ΒΟΗΘΗΜΑΤΑ ΤΟΥ ΥΠΟΥΡΓΕΙΟΥ ΠΑΙΔΕΙΑΣ.

Φυσική για Μηχανικούς

ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Δρ. Στυλιανός Τσίτσος

Όλα τα θέματα των εξετάσεων έως και το 2014 σε συμβολή, στάσιμα, ηλεκτρομαγνητικά κύματα, ανάκλαση - διάθλαση Η/Μ ΚΥΜΑΤΑ. Ερωτήσεις Πολλαπλής επιλογής

Εξισώσεις του Maxwell

Σημειώσεις κεφαλαίου 16 Αρχές επικοινωνίας με ήχο και εικόνα

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο : ΙΣΧΥΣ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ ΣΤΟ ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΟ ΡΕΥΜΑ

Αρχές επικοινωνίας με ήχο και εικόνα

AΠΟΦΑΣΗ της από 3/4/2012 Συνεδρίασης του Δ.Σ. του Τμήματος Φυσικής. ΕΞΕΤΑΣΤΕΑ ΥΛΗ ΦΥΣΙΚΗΣ ΙΙΙ (ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ) Για το 5ο εξάμηνο

Κεφάλαιο31 Εξισώσεις Maxwellκαι ΗλεκτροµαγνητικάΚύµατα. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

d E dt Σχήμα 3.4. (α) Σχηματικό διάγραμμα απλού εναλλάκτη, όπου ένας αγώγιμος βρόχος περιστρέφεται μέσα

1. Νόμος του Faraday Ορισμός της μαγνητικής ροής στην γενική περίπτωση τυχαίου μαγνητικού πεδίου και επιφάνειας:

Δίκτυα Κινητών και Προσωπικών Επικοινωνιών

Κλασική Ηλεκτροδυναμική

ΘΕΩΡΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ. Κ. Γ. Ευθυμιάδης Αικ. Σιακαβάρα Ε. Παπαδημητράκη-Χλίχλια Ι. Α. Τσουκαλάς

N 1 :N 2. i i 1 v 1 L 1 - L 2 -

Q2-1. Η Φυσική του Φούρνου Μικροκυμάτων. Theory. Μέρος Α: Δομή και λειτουργία του μάγνητρον (6.6 points) Greek (Greece)

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ 2. ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ

Μεταβαλλόμενα μαγνητικά πεδία

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ και ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΕΡΩΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

Ανάλυση Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ Ο ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ GAUSS

Εναλλασσόμενο και μιγαδικοί

1. Κινηµατική. x dt (1.1) η ταχύτητα είναι. και η επιτάχυνση ax = lim = =. (1.2) Ο δεύτερος νόµος του Νεύτωνα παίρνει τη µορφή: (1.

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΕΠΑΓΩΓΗ. Ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο γεννά ηλεκτρικό ρεύμα

1. Χρονικά Εξαρτημένες Πηγές 2. Φάσορες 3. Σύνθετη Αντίσταση 4. Ανάλυση Δικτύων AC

( ) ( ) ( )z. HMY Φωτονική. Διάλεξη 08 Οι εξισώσεις του Maxwell. r = A r. B r. ˆ det = Βαθμωτά και διανυσματικά μεγέθη

Ηλεκτρομαγνητικά Κύματα Κεραίες

Hλεκτρομηχανικά Συστήματα Mετατροπής Ενέργειας

Η αρνητική φορά του άξονα z είναι προς τη σελίδα. Για να βρούμε το μέτρο του Β χρησιμοποιούμε την Εξ. (2.3). Στο σημείο Ρ 1 ισχύει

ΣΧΟΛΙΑ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΙΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ MAXWELL (N. FARADAY, N. AMPERE MAXWELL)

ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ

ΦΥΕ 14 6η ΕΡΓΑΣΙΑ Παράδοση ( Οι ασκήσεις είναι ϐαθµολογικά ισοδύναµες)

ΑΝΩΤΑΤΟ ΣΥΜΒΟΥΛΙΟ ΕΠΙΛΟΓΗΣ ΠΡΟΣΩΠΙΚΟΥ ΕΡΩΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟ

Ο πυκνωτής είναι μια διάταξη αποθήκευσης ηλεκτρικού φορτίου, επομένως και ηλεκτρικής ενέργειας.

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 7: Μετασχηματισμός Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

ΕΜΒΟΛΙΜΗ ΠΑΡΑΔΟΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ. Μερικές βασικές έννοιες διανυσματικού λογισμού

Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Πολυτεχνική Σχολή Πανεπιστήμιο Κύπρου

Προηγμένες Υπηρεσίες Τηλεκπαίδευσης στο Τ.Ε.Ι. Σερρών

Γεννήτριες ΣΡ Κινητήρες ΣΡ

ΘΕΜΑΤΑ ΠΑΛΑΙΟΤΕΡΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ

1. Χρονικά Εξαρτημένες Πηγές 2. Φάσορες 3. Σύνθετη Αντίσταση 4. Ανάλυση Δικτύων AC

Κυκλώματα με ημιτονοειδή διέγερση

ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ Ι ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ ΚΑΙ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ

Ηλεκτροτεχνία Ηλ. Μηχανές & Εγκαταστάσεις πλοίου (Θ)

Ηλεκτροτεχνία ΙΙ. Ενότητα 3: Ηλεκτρικά κυκλώματα εναλλασσομένου ρεύματος. Δημήτρης Στημονιάρης, Δημήτρης Τσιαμήτρος Τμήμα Ηλεκτρολογίας

πάχος 0 πλάτος 2a μήκος

Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Πολυτεχνική Σχολή Πανεπιστήμιο Κύπρου

ΛΥΣΕΙΣ ΕΞΙΣΩΣΗΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΣΤΟΥΣ ΚΥΜΑΤΟΔΗΓΟΥΣ ΔΙΑΦΟΡΩΝ ΔΙΑΤΟΜΩΝ

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

ΕΝΟΤΗΤΑ ΙΙΙ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΠΕ ΙΟ

Τµήµα Βιοµηχανικής Πληροφορικής Σηµειώσεις Ηλεκτρονικών Ισχύος Παράρτηµα

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑΣ

Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Μονάδες 5

C (3) (4) R 3 R 4 (2)

ΜΗΧΑΝΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑ ΘΕΩΡΙΑΣ

ΚΥΜΑΤΙΚΗ-ΟΠΤΙΚΗ 1. Σχήµα 1 Σχήµα 2

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΘΕΩΡΙΑΣ

Περιεχόμενα. Πρόλογος...13

max 0 Eκφράστε την διαφορά των δύο θετικών λύσεων ώς πολλαπλάσιο του ω 0, B . Αναλύοντας το Β σε σειρά άπειρων όρων ώς προς γ/ω 0 ( σειρά

ΛΥΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ

Transcript:

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11 ΧΡΟΝΙΚΑ ΜΕΤΑΒΑΛΛΟΜΕΝΑ ΠΕΔΙΑ Στα προηγούμενα κεφάλαια ασχοληθήκαμε, ως επί το πλείστον, με τη μελέτη πεδίων που τα μεγέθη τους δεν μεταβάλλονταν με τον χρόνο. Στο κεφάλαιο αυτό, θα επεκτείνουμε και θα γενικεύσουμε την προηγούμενη ανάλυση με τη μελέτη του χρονικά μεταβαλλόμενου πεδίου. Έχουμε ήδη δει, κατά την εξέταση του νόμου της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής του Faraday, ότι η μεταβολή ενός μαγνητικού πεδίου συνοδεύεται από την εμφάνιση ηλεκτρικού πεδίου. Θα δούμε, στη συνέχεια, ότι συμβαίνει και το αντίστροφο, ότι, δηλαδή και ένα μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο συνοδεύεται από την εμφάνιση μαγνητικού πεδίου. Γενικά, στο χρονικά μεταβαλλόμενο πεδίο, έχουμε συνύπαρξη ηλεκτρικών και μαγνητικών μεγεθών. Η σύζευξη των δύο πεδίων και η αλληλεξάρτηση των μεγεθών τους περιγράφεται μέσω συγκεκριμένων μαθηματικών σχέσεων, που αναλύονται στη συνέχεια. 11.1 Διαφορική και ολοκληρωτική μορφή των εξισώσεων Maxwell Ρεύμα μετατόπισης Όπως έχουμε ήδη αναφέρει, ένα χρονικά μεταβαλλόμενο πεδίο περιγράφεται πλήρως από τις τέσσερις διαφορικές εξισώσεις Maxwell H = J + D t (11.1) E = B t (11.2) B = 0 (11.3)

742 11 ΧΡΟΝΙΚΑ ΜΕΤΑΒΑΛΛΟΜΕΝΑ ΠΕΔΙΑ D = ρ (11.4) και τις σχετικές οριακές συνθήκες. Η πυκνότητα του ρεύματος J στην (11.1) περιλαμβάνει, εν γένει, την πυκνότητα J c = σe του ρεύματος αγωγιμότητας και την πυκνότητα J f = ρv του ρεύματος που οφείλεται σε κινούμενα με ταχύτητα v διανεμημένα χωρικά ηλεκτρικά φορτία πυκνότητας ρ. Το ρεύμα, όμως, J f, σε πολύ λίγες πρακτικές περιπτώσεις λαμβάνεται υπόψη (π.χ. ηλεκτρονικές λυχνίες, καθοδικοί σωλήνες κ.λ.π.). Έτσι, εκτός και αν διευκρινίζεται διαφορετικά, στην ανάλυση που ακολουθεί θεωρούμε ότι η πυκνότητα του ρεύματος J στις εξισώσεις Maxwell περιλαμβάνει μόνον το ρεύμα αγωγιμότητας. Στην περίπτωση, όμως, που υφίστανται και ρευματικές πηγές, στο δεύτερο μέλος της (11.1), πρέπει να προστεθεί και η πυκνότητά τους J s. Ο δεύτερος όρος J d = D/ t στο δεξιό μέλος της (11.1) έχει διαστάσεις πυκνότητας ρεύματος και ονομάζεται πυκνότητα ρεύματος μετατόπισης (displacement current density). Όπως βλέπουμε, το ρεύμα μετατόπισης εμφανίζεται σε κάθε διηλεκτρικό, ακόμα και στον κενό χώρο, στο οποίο υφίσταται κάποιο χρονικά μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο. Είναι φανερό από την (11.1) ότι όχι μόνον το ρεύμα αγωγιμότητας J c, αλλά και το ρεύμα μετατόπισης J d συμμετέχει στη δημιουργία του μαγνητικού πεδίου. Η υπέρθεση των συνεισφορών των δύο ρευμάτων, παρά την τελείως διαφορετική προέλευσή τους, δημιουργεί το τελικό μαγνητικό πεδίο. Η (11.1) αποτελεί τη γενίκευση σε διαφορική διατύπωση του νόμου του Ampère, με την προσθήκη στο ρεύμα αγωγιμότητας J c και του ρεύματος μετατόπισης J d. Για τη μεγάλη σημασία του ρεύματος μετατόπισης αρκεί να αναφέρουμε ότι χωρίς αυτό δεν θα ήταν κατανοητή η διάδοση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Αξίζει, επίσης, να επισημανθεί ότι το ρεύμα μετατόπισης που προέκυψε από τις σχετικές θεωρητικές μελέτες του Maxwell δεν είχε προηγουμένως διαπιστωθεί πειραματικά. Η αιτία της αδυναμίας πειραματικής διαπίστωσής του θα πρέπει, μάλλον, να αναζητηθεί στο γεγονός ότι τα αποτελέσματα που οφείλονται σ αυτό γίνονται αισθητά μόνο στα ταχύτατα μεταβαλλόμενα πεδία (περιοχή ραδιοσυχνοτήτων και πάνω), ενώ κατά την εποχή του Maxwell οι τεχνικές παραγωγής υψίσυχνων ρευμάτων και πεδίων δεν ήταν ακόμη γνωστές. Ο Maxwell, με την εισαγωγή του ρεύματος μετατόπισης, απέδειξε θεωρητικά την ύπαρξη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, που η διάδοσή τους στον αέρα γίνεται με την ταχύτητα του φωτός, γεγονός που τον οδήγησε στην παραδοχή της ηλεκτρομαγνητικής φύσης του φωτός. Τα πιο πάνω θεωρητικά αποτελέσματα του Maxwell επαληθεύτηκαν, μερικά χρόνια αργότερα, από τον Hertz. Ως ένα απλό κυκλωματικό παράδειγμα με το οποίο μπορεί να διαπιστωθεί

11.1 ΟΙ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ MAXWELL ΡΕΥΜΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗΣ 743 η παρουσία και να επαληθευθεί η τιμή του ρεύματος μετατόπισης, ας θεωρήσουμε τον επίπεδο πυκνωτή του Σχήματος 11.1 που, αφού φορτιστεί σε μια τάση V, εκφορτίζεται μέσω της αντίστασης R. I c S 1 S 2 E, D x R ΣXHMA 11.1: Ρεύμα μετατόπισης κατά την εκφόρτιση πυκνωτή. Η ένταση E του ηλεκτρικού πεδίου στο εσωτερικό του πυκνωτή, στον οποίο αγνοούμε τα φαινόμενα των άκρων, επειδή η τάση του V c (t) δίνεται, κατά τα γνωστά, από την V c (t) = V e t/rc, (11.5) είναι E(t) = V c(t) d x = V d e t/rc x, (11.6) όπου d είναι η απόσταση των πλακών του πυκνωτή και x το μοναδιαίο διάνυσμα με διεύθυνση κάθετη στις πλάκες και φορά από αριστερά προς τα δεξιά. Έτσι, αν ϵ είναι η διηλεκτρική σταθερά του διηλεκτρικού του πυκνωτή, η διηλεκτρική μετατόπιση D στο εσωτερικό του δίνεται από την D(t) = ϵe(t) = ϵv d e t/rc x. (11.7) Ας θεωρήσουμε, τώρα, έναν τυχόντα κλειστό δρόμο c, έξω από τον πυκνωτή, που εμπλέκεται με το ρεύμα I του κυκλώματος, και δύο ανοικτές επιφάνειες S 1 και S 2 που περατούνται στην καμπύλη c. Το ρεύμα I διαπερνάει την επιφάνεια S 1, όχι, όμως, και την S 2 που παρεμβάλλεται μεταξύ των πλακών του πυκνωτή, έτσι ώστε η μια πλάκα να βρίσκεται προς την εσωτερική της όψη και η άλλη προς την εξωτερική. Από την εφαρμογή του νόμου του Ampère στην επιφάνεια S 1 έχουμε H dl = J ds = I(t), (11.8) S 1 c

744 11 ΧΡΟΝΙΚΑ ΜΕΤΑΒΑΛΛΟΜΕΝΑ ΠΕΔΙΑ όπου I είναι το ρεύμα του αγωγού, που η στιγμιαία του τιμή δίνεται από την I(t) = V c(t) R = V R e t/rc. (11.9) Αν κάναμε εφαρμογή του μη γενικευμένου νόμου του Ampère στην επιφάνεια S 2, επειδή αυτή δεν διαπερνιέται από κανένα ρεύμα αγωγιμότητας, θα καταλήγαμε στην H dl = J ds = 0, (11.10) S 2 c που θα οδηγούσε στο λανθασμένο συμπέρασμα ότι το επικαμπύλιο ολοκλήρωμα της έντασης H του μαγνητικού πεδίου κατά μήκος του κλειστού δρόμου ολοκλήρωσης c θα είχε μηδενική τιμή και όχι I(t), όπως προέκυψε από την (11.8). Η αντίφαση αυτή αίρεται αν θεωρήσουμε τον γενικευμένο νόμο του Ampère που περιλαμβάνει και τον όρο του ρεύματος μετατόπισης, οπότε αντί της (11.10) έχουμε την c H dl = J d ds = S 2 S 2 D t ds = I d, (11.11) όπου I d είναι το ολικό ρεύμα μετατόπισης μεταξύ των πλακών του πυκνωτή. Η πυκνότητα του ρεύματος μετατόπισης J d, από την (11.7), είναι J d = D t = ϵv RCd e t/rc x. (11.12) Η (11.12), αν η χωρητικότητα C αντικατασταθεί από την όπου S είναι η επιφάνεια των πλακών, γράφεται C = ϵs/d, (11.13) J d = D t = V SR e t/rc x. (11.14) Το συνολικό ρεύμα μετατόπισης I d, αφού αγνοούνται τα φαινόμενα των άκρων και το πεδίο στο μεταξύ των πλακών χώρο θεωρείται ομοιόμορφο, λόγω της (11.14), είναι I d = J d ds = J d ds = V S 2 S SR e t/rc ds = V S R e t/rc. (11.15) Από τις (11.9) και (11.15) έχουμε I d (t) = I(t), (11.16)

11.1 ΟΙ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ MAXWELL ΡΕΥΜΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗΣ 745 δηλαδή το συνολικό ρεύμα μετατόπισης είναι ίσο με το ρεύμα αγωγιμότητας. Παρατηρούμε, λοιπόν, ότι το συνολικό ρεύμα είναι σταθερό, ακολουθεί δε κλειστή διαδρομή. Η ολοκληρωτική μορφή του γενικευμένου νόμου του Ampère, που προκύπτει εύκολα από την ολοκλήρωση των δύο μελών της εξίσωσης Maxwell (11.1) σε μια ανοικτή επιφάνεια S είναι η c H dl = t S D ds + S J ds (11.17) όπου c είναι το περίγραμμα της S. Με ανάλογο τρόπο, από την εξίσωση Maxwell (11.2), προκύπτει η c E dl = t S B ds (11.18) που, ως γνωστόν, αποτελεί τη μαθηματική διατύπωση υπό ολοκληρωτική μορφή του νόμου της επαγωγής του Faraday. Τέλος, και από τις άλλες δύο εξισώσεις Maxwell, (11.3) και (11.4)), με ολοκλήρωση σε μια κλειστή επιφάνεια που περικλείει τον όγκο V και εφαρμογή του θεωρήματος του Gauss, προκύπτουν, αντίστοιχα, οι γνωστές ολοκληρωτικές εκφράσεις B ds = 0 (11.19) S S D ds = V ρdv (11.20) Αν και η ολοκληρωτική μορφή των εξισώσεων Maxwell παρέχει τη δυνατότητα ευκολότερης κατανόησης και ερμηνείας διαφόρων φαινομένων του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, εντούτοις, η επίλυση των πραγματικών προβλημάτων του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, στα οποία ζητείται ο στιγμιαίος προσδιορισμός των μεγεθών του σε κάθε σημείο του χώρου, καθίσταται ευχερέστερη με τη χρησιμοποίηση των εξισώσεων Maxwell υπό διαφορική μορφή. Συνήθως, οι περιπτώσεις εφαρμογής των ολοκληρωτικών εκφράσεων περιορίζονται σε σχετικά απλά προβλήματα, που συχνά περιλαμβάνουν διατάξεις και συστήματα με χαρακτηριστικές γεωμετρικές συμμετρίες. Στη συνέχεια, θα χρησιμοποιήσουμε, σχεδόν αποκλειστικά, τις εξισώσεις Maxwell με τη διαφορική τους μορφή.

746 11 ΧΡΟΝΙΚΑ ΜΕΤΑΒΑΛΛΟΜΕΝΑ ΠΕΔΙΑ 11.2 Οι εξισώσεις Maxwell σε μιγαδική μορφή Όπως η επίλυση των κυκλωμάτων εναλλασσομένου ρεύματος, έτσι και η επίλυση των προβλημάτων του ημιτονοειδώς χρονικά μεταβαλλόμενου ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, διευκολύνεται σημαντικά με την εισαγωγή και χρήση κατάλληλων μιγαδικών μεγεθών. Αν, λοιπόν, οι στιγμιαίες τιμές των τριών συνιστωσών E x, E y, E z της ηλεκτρικής πεδιακή έντασης E, σ ένα σύστημα καρτεσιανών συντεταγμένων, δίνονται από τις E x = E 0x cos(ωt + φ x ), (11.21) E y = E 0y cos(ωt + φ y ), (11.22) E z = E 0z cos(ωt + φ z ), (11.23) όπου τα πλάτη E 0x, E 0y, E 0z των E x, E y, E z, αντίστοιχα, είναι συναρτήσεις των συντεταγμένων x, y, z σε κάθε σημείο και ϕ x, ϕ y και ϕ z είναι οι αντίστοιχες φασικές αποκλίσεις, οι (11.21), (11.22), (11.23) μπορούν να γραφούν και ως { } E x E 0x e j(ωt+φ x) {Ėx e jωt}, (11.24) { } E y E 0y e j(ωt+φ y) {Ėy e jωt}, (11.25) { } E z E 0z e j(ωt+φ z) {Ėz e jωt}, (11.26) όπου το σύμβολο Re αναφέρεται στο πραγματικό μέρος της μιγαδικής παράστασης που βρίσκεται μέσα στα άγκιστρα, και Ė x, Ėy, Ėz είναι οι μιγαδικές ποσότητες (phasors) Ė x = E 0x e jφ x, (11.27) Ė y = E 0y e jφ y, (11.28) Ė z = E 0z e jφ z, (11.29) που αναπαριστούν υπό μιγαδικό συμβολισμό τα αντίστοιχα μεγέθη E x, E y, E z. Τα μιγαδικά αυτά μεγέθη αναφέρονται, επίσης, και ως παραστατικοί μιγαδικοί ή φασιθέτες. Έτσι, η στιγμιαία τιμή της πεδιακής έντασης E μπορεί να γραφεί ως ) E = E xx + E y ŷ + E z ẑ {(Ėxx + Ėyŷ + Ėzẑ e jωt} (11.30) ή E {Ėe jωt } (11.31)

11.2 ΟΙ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ MAXWELL ΣΕ ΜΙΓΑΔΙΚΗ ΜΟΡΦΗ 747 όπου x, ŷ, ẑ είναι τα τρία μοναδιαία διανύσματα και Ė = Ėxx + Ėyŷ + Ėzẑ (11.32) ο μιγαδικός συμβολισμός του διανύσματος E. Ανάλογα, για την ημιτονοειδή μεταβολή της μαγνητικής πεδιακής έντασης H έχουμε Ḣ x = H 0x e jφ x, (11.33) Ḣ y = H 0y e jφ y, (11.34) Ḣ z = H 0z e jφ z, (11.35) H {Ḣe jωt } (11.36) Ḣ = Ḣxx + Ḣyŷ + Ḣzẑ (11.37) όπου οι νέες φασικές αποκλίσεις ϕ x, ϕ y, ϕ z δεν ταυτίζονται, κατ ανάγκη, με εκείνες της έντασης E. Παρόμοιες είναι και οι μιγαδικές εκφράσεις των άλλων μεγεθών του πεδίου. Συχνά, στα πεδία με ημιτονοειδή χρονική μεταβολή, χρησιμοποιείται και το συζυγές ενός μιγαδικού μεγέθους. Έτσι, αν E r και E i είναι, αντίστοιχα, το πραγματικό και το φανταστικό μέρος του μιγαδικού διανύσματος Ė, ο συζυγής μιγαδικός E ορίζεται από την E = E r je i. (11.38) Με τη χρησιμοποίηση του συζυγούς μιγαδικό, η (11.31) μπορεί να γραφεί, επίσης, και με τη μορφή jωt E {Ėe } = 1 (Ėe jωt + Ee jωt). (11.39) 2 Η μιγαδική μορφή των εξισώσεων Maxwell προκύπτει από την αντικατάσταση των μεγεθών του πεδίου, μέσω των αντίστοιχων μιγαδικών εκφράσεων, στις (11.1), (11.2), (11.3) και (11.4). Με τις αντικαταστάσεις αυτές και αφού λάβουμε υπόψη τις σχέσεις jωt Re {Ġe } { jωt (Ġe )} { } e jωt Ġ, (11.40) ( Re {Ġe }) { jωt (Ġe )} { jωt t t jωġejωt}, (11.41)

748 11 ΧΡΟΝΙΚΑ ΜΕΤΑΒΑΛΛΟΜΕΝΑ ΠΕΔΙΑ jωt Re {Ġe } { jωt (Ġe )} { } e jωt Ġ, (11.42) όπου Ġ ο μιγαδικός συμβολισμός του τυχόντος διανυσματικού μεγέθους G του πεδίου, προκύπτουν οι εξισώσεις Maxwell σε μιγαδική μορφή: Ḣ = J + jωḋ (11.43) Ė = jωḃ (11.44) Ḃ = 0 (11.45) Ḋ = ρ (11.46) Ο συμβολισμός ρ στην (11.46) αναφέρεται στο βαθμωτό μιγαδικό μέγεθος ρ = ρ 0 (x, y, z)e jϕρ, με το οποίο η στιγμιαία τιμή ρ(t) = ρ 0 cos(ωt + ϕ ρ ) της πυκνότητας των χωρικών ηλεκτρικών φορτίων συνδέεται με τη σχέση ρ(t) { ρe jωt }. Οι πιο πάνω εξισώσεις, αν λάβουμε υπόψη τις καταστατικές σχέσεις για ένα γραμμικό και ισότροπο μέσο: D = ϵe, B = µh και J = σe, μπορούν να γραφούν και με τη μορφή Ḣ = (σ + jωϵ)ė, (11.47) Ė = jωµḣ, (11.48) Ḣ = 0, (11.49) Ė = ρ ϵ. (11.50) Αν, τέλος, εισάγουμε τη μιγαδική διηλεκτρική σταθερά ϵ c που ορίζεται από τη σχέση ( ϵ c = ϵ j σ ), (11.51) ω η (11.47) μπορεί, επίσης, να γραφεί και ως Ḣ = jωϵcė. (11.52) ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 11.1 Η στιγμιαία τιμή της συνιστώσας E x της ηλεκτρικής πεδιακής έντασης ενός πεδίου, που τα μεγέθη του μεταβάλλονται ημιτονοειδώς με τον χρόνο (με γωνιακή συχνό-

11.2 ΟΙ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ MAXWELL ΣΕ ΜΙΓΑΔΙΚΗ ΜΟΡΦΗ 749 τητα ω), δίνεται από τη σχέση E x (t) = sin ωt + 3 2 cos ( ωt + π ) V/m. 4 (i) Με εισαγωγή του ενδεικνύμενου μιγαδικού συμβολισμού, να προσδιοριστούν οι σταθερές E 0x και φ x, ώστε η στιγμιαία τιμή της συνιστώσας E x να μπορεί να εκφραστεί και ως E x (t) = E 0x cos(ωt + φ x ). (ii) Προκειμένου να χρησιμοποιηθούν στρεφόμενα μιγαδικά διανύσματα, από τη δοθείσα έκφραση, προκύπτει διαδοχικά E x (t) = sin ωt + 3 ( 2 cos ωt + π ) 4 ( = cos ωt + π ) + 3 ( 2 cos ωt + π ) 2 4 {3 2 e jωt e jπ/4} { e jωt e jπ/2} + Re {( j + 3 2 e jπ/4) e jωt}. Η μιγαδική, συνεπώς, έκφραση της E x είναι η Ė x = j + 3 2 e jπ/4 = j + 3 ( ) 2 2 2 2 + j 2 = 3 + j4 = 5 e j tan 1 ( 4 3) = 5 e j53,13 o V/m. (iii) Από την (iii) έχουμε E x (t) {Ėx e jωt} {5e } j(ωt+53,13 ) = 5 cos(ωt + 53,13 ) V/m οπότε οι ζητούμενες σταθερές E 0x, φ x έχουν, αντίστοιχα, τις τιμές: E 0x = 5 V/m και φ x = 53,13 o. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 11.2 Σ ένα ελεύθερο πηγών (ρ = 0, J = 0) τμήμα του κενού χώρου, η στιγμιαία τιμή της μαγνητικής πεδιακής έντασης ενός πεδίου με ημιτονοειδή χρονική μεταβολή γωνιακής συχνότητας ω έχει, στην τυχούσα θέση (x, y, z) του χώρου, την έκφραση

750 11 ΧΡΟΝΙΚΑ ΜΕΤΑΒΑΛΛΟΜΕΝΑ ΠΕΔΙΑ H(x, y, z, t) = H 0 k p sin(px) sin(kz ωt)x + H 0 cos(px) cos(kz ωt)ẑ, (i) όπου H 0, k, p σταθερές, ενώ μεταξύ των k και p ισχύει η σχέση ω 2 µ 0 ϵ 0 = p 2 + k 2. (ii) Να βρεθεί η μιγαδική και η στιγμιαία έκφραση της ηλεκτρικής πεδιακής έντασης E. Επειδή τα μεγέθη του πεδίου εμφανίζουν ημιτονοειδή χρονική μεταβολή, ενδείκνυται η χρησιμοποίηση μιγαδικών συμβολισμών. Από τη δοθείσα στιγμιαία έκφραση της μαγνητικής πεδιακής έντασης έχουμε διαδοχικά H(x, y, z, t) = H x (x, y, z, t) x + H z (x, y, z, t) ẑ k = H 0 p sin(px) sin(kz ωt) x + H 0 cos(px) cos(kz ωt) ẑ k = H 0 (ωt p sin(px) cos kz + π ) x + H 0 cos(px) cos(kz ωt) ẑ 2 { k H 0 p sin(px) ejωt e jkz e jπ/2x } + Re { H 0 cos(px) e jωt e jkz ẑ } { } k jh 0 p sin(px) ejωt e jkz x + Re { H 0 cos(px) e jkz e jωt ẑ } {[ ] } k jh 0 p sin(px) e jkz x + H 0 cos(px) e jkz ẑ e jωt. Συνεπώς, η μιγαδική έκφραση της μαγνητικής πεδιακής έντασης είναι Ḣ = jh 0 k p sin(px) e jkz x + H 0 cos(px) e jkz ẑ. (iii) Στη συνέχεια, υπολογίζουμε τη μιγαδική έκφραση της ηλεκτρικής πεδιακής έντασης από την εξίσωση Maxwell (11.43) σε μιγαδική μορφή, η οποία, αν λάβουμε υπόψη ότι J = 0 και D = ϵ 0 E, γράφεται Ḣ = jωϵ0ė. (iv) Έτσι, μετά την αντικατάσταση της Ḣ από την (iii) στην (iv), προκύπτει Ė = j H = j [ ) ] 0 x + H 0 sin(px) (p + k2 e jkz ŷ + 0ẑ ωϵ 0 ωϵ 0 p = j H 0 sin(px) p2 + k 2 e jkz ŷ. ωϵ 0 p (v)

11.3 Η ΕΞΙΣΩΣΗ ΚΥΜΑΤΟΣ 751 Η (v), λόγω της (ii), γράφεται Ė = j H 0 sin(px) ω2 µ 0 ϵ 0 e jkz ŷ, ωϵ 0 p δηλαδή Ė = j H 0ωµ 0 p sin(px) e jkz ŷ. Από την (vi), υπολογίζεται εύκολα η στιγμιαία έκφραση jωt E(x, y, z, t) {Ėe } { j H 0ωµ 0 p { H0 ωµ 0 p = H 0ωµ 0 p } sin(px) e j(ωt kz π 2 )ŷ sin(px) cos ( ωt kz π ) ŷ 2 } sin(px) e jωt e jkz ŷ (vi) = H 0ωµ 0 p sin(px) sin(ωt kz) ŷ. 11.3 Η εξίσωση κύματος 11.3.1 Η γενική μορφή της εξίσωσης κύματος Ας θεωρήσουμε ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που εκτείνεται σ ένα ομογενές, γραμμικό, ισότροπο και ελεύθερο πηγών (J s = ρ = 0) μέσο. Οι εξισώσεις Maxwell (11.1), (11.2), (11.3) και (11.4) με εισαγωγή των καταστατικών σχέσεων D = ϵe, B = µh και J = σe γράφονται, αντίστοιχα, H = σe + ϵ E t, (11.53) E = µ H t, (11.54) H = 0, (11.55) E = 0. (11.56) Αν πάρουμε την περιστροφή στα δύο μέλη της (11.54), προκύπτει η E = µ H t (11.57) που, με τη βοήθεια της διανυσματικής ταυτότητας F = ( F ) 2 F (11.58)

752 11 ΧΡΟΝΙΚΑ ΜΕΤΑΒΑΛΛΟΜΕΝΑ ΠΕΔΙΑ και την εναλλαγή των τελεστών και / t στο δεύτερο μέλος της, γράφεται ( E) 2 E = µ ( H). (11.59) t Η (11.59), αν λάβουμε υπόψη τις (11.53) και (11.56) καταλήγει στην 2 E µϵ 2 E t 2 E µσ t = 0 (11.60) Κατά παρόμοιο τρόπο, αν ξεκινήσουμε από την περιστροφή στα δύο μέλη της (11.53), καταλήγουμε στην 2 H µϵ 2 H t 2 µσ H t = 0 (11.61) Οι (11.60) και (11.61) είναι οι γενικές διανυσματικές εξισώσεις κύματος (wave equation) για τα διανύσματα E και H, αντίστοιχα. 11.3.2 Η εξίσωση κύματος σ ένα μη αγώγιμο μέσο Όταν η διάδοση του κύματος γίνεται σ ένα μη αγώγιμο, δηλαδή σ ένα τέλειο διηλεκτρικό μέσο, από τις (11.60) και (11.61), για σ = 0, προκύπτουν οι αντίστοιχες ομογενείς εξισώσεις κύματος 2 E µϵ 2 E t 2 = 0 (11.62) που μπορούν, επίσης, να γραφούν και με τη μορφή 2 H µϵ 2 H t 2 = 0 (11.63) όπου το μέγεθος 2 E 1 2 E v 2 = 0, (11.64) t2 2 H 1 v 2 2 H t 2 = 0, (11.65) v = 1 µϵ (11.66)

11.3 Η ΕΞΙΣΩΣΗ ΚΥΜΑΤΟΣ 753 εκφράζει, όπως θα δούμε, στη συνέχεια, την ταχύτητα διάδοσης του κύματος σ ένα μη αγώγιμο μέσο με διηλεκτρική σταθερά ϵ και μαγνητική διαπερατότητα µ. Όταν η διάδοση γίνεται στο κενό η ταχύτητα v του κύματος είναι ίση προς την ταχύτητα c του φωτός c = 1 µ0 ϵ 0 = 3 10 8 m/s (11.67) Αν E x, E y, E z είναι οι συνιστώσες της ηλεκτρικής πεδιακής έντασης σ ένα καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων, από την διανυσματική κυματική εξίσωση (11.64) προκύπτουν οι τρεις βαθμωτές κυματικές εξισώσεις 2 E x 1 v 2 2 E x t 2 = 0, (11.68) 2 E y 1 v 2 2 E y t 2 = 0, (11.69) 2 E z 1 v 2 2 E z t 2 = 0. (11.70) Ανάλογες εξισώσεις προκύπτουν και για τις συνιστώσες H x, H y, H z της μαγνητικής πεδιακής έντασης H: 2 H x 1 v 2 2 H x t 2 = 0, (11.71) 2 H y 1 v 2 2 H y t 2 = 0, (11.72) 2 H z 1 v 2 2 H z t 2 = 0. (11.73) Όταν προσδιοριστεί η ηλεκτρική πεδιακή ένταση E, ο υπολογισμός της μαγνητικής πεδιακής έντασης H γίνεται ευκολότερα από την (11.54), παρά από την επίλυση των (11.71), (11.72), (11.73), αφού τα διανύσματα E και H δεν είναι τελείως ανεξάρτητα, αλλά αλληλοσυνδέονται μέσω των εξισώσεων Maxwell. Το αντίστροφο, φυσικά, συμβαίνει για τον υπολογισμό της ηλεκτρικής πεδιακής έντασης E όταν προηγουμένως έχει υπολογιστεί η μαγνητική πεδιακή ένταση H. Για συντομία, οι (11.68) έως (11.73) γράφονται με τη μορφή 2 ψ 1 2 ψ v 2 = 0, (11.74) t2 όπου η βαθμωτή συνάρτηση ψ(x, y, z, t) παριστάνει οποιαδήποτε συνιστώσα των E, H.

754 11 ΧΡΟΝΙΚΑ ΜΕΤΑΒΑΛΛΟΜΕΝΑ ΠΕΔΙΑ ΠΙΝΑΚΑΣ 11.1: To ηλεκτρομαγνητικό φάσμα λ (m) f (Hz) Ζώνες συχνοτήτων Τυπικές εφαρμογές hf (ev) 10 15 10 9 γ ακτινοβολία 21 10 10 12 10 6 18 10 10 9 υπεριώδης ακτινοβολία x ακτινοβολία 10 3 15 10 10 6 ορατή περιοχή οπτικού φάσματος υπέρυθρη ακτινοβολία 1 12 10 10 3 10 2 10 1 1 10 9 χιλιοστομετρική περιοχή EHF (30 300 GHz), (10 1 mm) Radar SHF (3 30 GHz), (10 1 cm) Radar, δορυφορικές επικοινωνίες UHF (300 3000 MHz), (1 0,1 m) Radar, TV, ραδιοναυσιπλοΐα, κινητή τηλεφωνία 10 3 10 4 10 5 10 6 10 VHF TV, FM, έλεγχος εναέριας (30 300 MHz), (10 1 m) κυκλοφορίας, κ.λ.π. HF (3 30 MHz), (100 10 m) FAX, βραχέα ραδιοφωνικά κύματα 10 7 10 2 10 6 10 8 MF (300 3000 KHz), (1 0,1 Km) ΑΜ ραδιοφωνία, ραδιοναυσιπλοΐα 10 3 10 9 LF (30 300 KHz), (10 1 Km) Ραδιοναυσιπλοΐα 10 4 10 10 VLF (3 30 KHz), (100 10 Km) Ραδιοναυσιπλοΐα, sonar 10 5 10 3 ULF 10 11 (300 3000 Hz), (10 6 10 5 m) 10 6 SLF 10 12 (30 300 Hz), (10 7 10 6 m) 10 7 ELF 10 13 (3 30 Hz), (10 8 10 7 m) 10 8 1 10 14

11.3 Η ΕΞΙΣΩΣΗ ΚΥΜΑΤΟΣ 755 Σύμβολο κατά ΙΕΕΕ ΠΙΝΑΚΑΣ 11.2: Ζώνες μικροκυματικών συχνοτήτων Ζώνη (GHz) Σύμβολο κατά ITU Ζώνη (GHz) Σύμβολο κατά ECM Ζώνη (GHz) L 1 2 L 1,215 1,400 C 0,5 1 S 2 4 S 2,30 2,50 2,70 3,70 D 1 2 C 4 8 C 5,250 5,925 E 2 3 X 8 12 X 8,50 10,68 F 3 4 K u 12 18 K u 13,40 14,00 15,70 17,70 K 18 27 K 24,05 24,25 24,65 24,75 G 4 6 H 6 8 K a 27 40 K a 33,40 36,00 I 8 10 V 40 75 V 59,00 64,00 J 10 20 W 75 110 W χιλιοστομετρική ζώνη 110 300 χιλιοστομετρική ζώνη 11.3.3 Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα 76,00 81,00 92,00 100,0 126,0 142,0 144,0 149,0 231,0 235,0 238,0 248,0 K 20 40 L M χιλιοστομετρική ζώνη 40 60 60 100 100 300 Όπως έχει ήδη αναφερθεί, οι εξισώσεις Maxwell ισχύουν ανεξάρτητα από την ταχύτητα της χρονικής μεταβολής των μεγεθών του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, δεν υφίσταται, δηλαδή κανένας περιορισμός στην τιμή της συχνότητας των διαδιδόμενων ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Η ταχύτητα, όμως, διάδοσης των κυμάτων αυτών σε μέσα χωρίς απώλειες (π.χ. αέρας) είναι, όπως φαίνεται από την (11.66), ανεξάρτητη της συχνότητας. Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα το οποίο έχει, μέχρι σήμερα, διερευνηθεί και επαληθευθεί πειραματικά εκτείνεται από τις πολύ χαμηλές βιομηχανικές συχνότητες (της τάξης των 10 Hz), έως τις πολύ υψηλές συχνότητες των ακτίνων γ (της τάξης των 10 24 Hz). Στον Πίνακα 11.1 σημειώνονται, σε λογαριθμική κλίμακα, οι διάφορες περιοχές του φάσματος και ορισμένες χαρακτηριστικές εφαρμογές τους. Η σημασία των κεφαλαίων E, S, U, V προ των συμβολισμών LF (low frequency) και HF (high frequency) είναι, αντίστοιχα, extremely, super, ultra, very. Η περιοχή των συχνοτήτων που εκτείνεται μεταξύ 1 GHz και του κατώτερου σημείου της ζώνης των υπέρυθρων ακτίνων (περιλαμβάνοντας, έτσι, τις ζώνες UHF, SHF, EHF, χιλιοστομετρική) χαρακτηρίζεται, συνήθως, ως μικρο-