Волновой пакет в диспергирующей среде

Электромагнитные волны в идеальном диэлектрике и в проводящей среде

4.1. Записать уравнения Максвелла проводящей среде в системе единиц Гаусса и в системе СИ. Пояснить их физический смысл. Вид материальных уравнений в однородной изотропной среде в системе единиц Гаусса и в системе СИ.

4.2. Получить уравнения Максвелла для однородных плоских волн в идеальном диэлектрике. Доказать, что эти волны в идеальном диэлектрике являются поперечными.

4.3. Для плоской электромагнитной волны вывести инварианты одномерных уравнений Максвелла в идеальном диэлектрике. Получить связь векторов и в волне, бегущей вдоль .

4.4. Получить выражение для объемной плотности энергии W и вектора плотности потока энергии электромагнитного излучения. Доказать, что полная энергия в объеме идеальной среды сохраняется. Найти связь W и в бегущей волне.

4.5. В однородной изотропной проводящей среде вывести волновое уравнение для вектора и получить дисперсионное соотношение для плоской гармонической волны. Выписать первые три члена разложения при . Найти коэффициент затухания и фазовую скорость.

4.6. Для плоских электромагнитных волн в проводящей среде вывести формулы для действительной и мнимой частей волнового числа . Рассмотреть случаи малых и больших частот. Нарисовать графики и .

4.7. При распространении плоской электромагнитной волны в проводящей среде отношение (3,4,5). Чему равен тангенс угла потерь ?

4.8. В проводящей среде тангенс угла потерь а) , б) , в) , г) . Чему равно отношение ?

4.9. Доказать, что в проводящей среде энергия электромагнитного излучения уменьшается со временем.

4.10.Радиоволна с частотой f=0.3 МГц распространяется в земле ( , , ). Определить фазовую скорость и длину волны в земле. Во сколько раз уменьшится напряженность электрического поля на расстоянии 10 м?

4.11. Электрические и магнитные свойства воды в океане характеризуются параметрами , , . Определить область частот, в которой вода в океане ведёт себя как проводник ( ) и как диэлектрик ( ). Во сколько раз убывает интенсивность волны на глубине 10 м для частот f= Гц и f= Гц?

 

Волновой пакет в диспергирующей среде.

5.1. В диспергирующей однородной и изотропной среде записать волновое уравнение и получить его общее решение для волнового пакета с медленно меняющейся амплитудой .

5.2. Физический смысл фазовой и групповой скорости, их связь в диспергирующей среде. Что такое нормальная и аномальная дисперсии?

5.3. Найти соотношение фазовой и групповой скорости для электромагнитного сигнала в плазме, если показатель преломления равен , где - плазменная частота.

5.4. Найти отношение и волнового пакета в диспергирующей среде с законом дисперсии а) ( ). Какую размерность имеет коэффициент ? б) ( ). Какую размерность имеет коэффициент ? в) ( ).Какую размерность имеет коэффициент ?

5.5. На входе однородной изотропной диспергирующей среды задан волновой пакет с гауссовой огибающей. Найти полуширину его частотного спектра по уровню а) , б) , если начальная длительность волнового пакета .

5.6. В 1-ом приближении теории дисперсии написать дисперсионное соотношение, уравнение для огибающей волнового пакета и его общее решение. Каковы условия применимости 1-ого приближения теории дисперсии? Показать, что в 1-ом приближении теории дисперсии энергия волнового пакета распространяется с групповой скоростью.

5.7. Во 2-ом приближении теории дисперсии написать дисперсионное соотношение, уравнение для огибающей волнового пакета и его общее решение. Каков физический смысл коэффициента диффузии?

5.8. Для волнового пакета с гауссовой огибающей на входе диспергирующей среды получить решение уравнения для огибающей во 2-ом приближении теории дисперсии. Каковы законы изменения с расстоянием длительности и амплитуды в центре волнового пакета?

5.9. Найти во 2-ом приближении теории дисперсии закон изменения с расстоянием амплитуды в центре волнового пакета, если на входе диспергирующей среды задан волновой пакет вида:

а) ; б) ; в) .

5.10. Длительность волнового пакета, имеющего гауссову огибающую, увеличивается в 4 раза на длине 10 см. Найти коэффициент дисперсии второго порядка, если начальная длительность волнового пакета .

5.11. Найти минимальный временной интервал между центрами двух волновых пакетов с гауссовой огибающей на входе диспергирующей среды с законом дисперсии , при котором в точке приема волновые пакеты не перекроются. Прием ведется на расстоянии L=1000 км, несущая частота =3МГц, плазменная частота =2.7 МГц.

5.12. На входе диспергирующей среды задан волновой пакет с гауссовой огибающей и квадратичной модуляцией фазы: . Найти расстояние, на котором волновой пакет испытывает компрессию.