高二物理竞赛:导电媒质的波数与本征阻抗 课件(共12张PPT)

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高二物理竞赛:导电媒质的波数与本征阻抗 课件(共12张PPT)

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导电媒质的波数与本征阻抗导电媒质的波数与本征阻抗本征阻抗波数弱导电媒质:良导体:良导体中的电磁波,趋肤深度趋肤效应:电磁波的频率越高,衰减系数越大,高频电磁波只能存在于良导体的表面层内,称为趋肤效应。良导体中电磁波的磁场强度的相位滞后于电磁强度45o。解:电场强度的复数表示式为自由空间的本征阻抗为故得到该平面波的磁场强度于是,平均坡印廷矢量垂直穿过半径R= 2.5m的圆平面的平均功率例自由空间中平面波的电场强度求在z=z0处垂直穿过半径R=2.5m的圆平面的平均功率。解:(1)因为,所以则例5.1.5在空气中传播的均匀平面波的磁场强度的复数表示式为式中A为常数。求:(1)波矢量 ;(2)波长和频率;(3)A的值;(4)相伴电场的复数形式;(5)平均坡印廷矢量。2极化(直线)(2)(3)(4)(5)趋肤深度:电磁波进入良导体后,其振幅下降到表面处振幅的1/e时所传播的距离。铜:表5.3.1一些金属材料的趋肤深度和表面电阻材料名称电导率σ/(S/m)趋肤深度δ/m表面电阻RS/Ω银6.17×107紫铜5.8×107铝3.72×107钠2.1×107黄铜1.6×107锡0.87×107石墨0.01×107例5.3.1一沿x方向极化的线极化波在海水中传播,取+z轴方向为传播方向。已知海水的媒质参数为εr= 81、μr=1、σ= 4S/m,在z= 0处的电场Ex= 100cos(107πt) V/m。求:(1)衰减常数、相位常数、本征阻抗、相速、波长及趋肤深度;(2)电场强度幅值减小为z= 0处的1/1000时,波传播的距离(3)z= 0.8m处的电场强度和磁场强度的瞬时表达式;(4)z= 0.8m处穿过1m2面积的平均功率。解:(1) 根据题意,有所以此时海水可视为良导体。故衰减常数相位常数本征阻抗相速波长趋肤深度(2) 令e-αz=1/1000, 即eαz=1000,由此得到电场强度幅值减小为z= 0处的1/1000时,波传播的距离故在z=0.8 m处,电场的瞬时表达式为磁场的瞬时表达式为(3)根据题意,电场的瞬时表达式为(4)在z=0.8 m处的平均坡印廷矢量穿过1m2的平均功率Pav= 0.75mW由此可知,电磁波在海水中传播时衰减很快,尤其在高频时,衰减更为严重,这给潜艇之间的通信带来了很大的困难。若为保持低衰减,工作频率必须很低,但即使在1kHz的低频下,衰减仍然很明显。海水中的趋肤深度随频率变化的曲线由此可见,在要求的频率范围内均可将铜视为良导体,故为了满足给定的频率范围内的屏蔽要求,故铜板的厚度d至少应为

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