3.2.
Материальные соотношения для гармонических составляющих плоских волн и
в
однородных стационарных средах. При
решении уравнений в частных производных с постоянными коэффициентами удобно
использовать интегральное преобразование Фурье по времени и по координатам. Это
позволяет свести проблему к решению алгебраических уравнений с последующим
обратным преобразованием Фурье. Если поля гармонические, то использование
преобразования Фурье позволяет проводить алгебраическое исследование комплексных
Фурье – образов полей. Вещественная (или мнимая) часть этих образов описывает
реальные гармонические поля. Преобразование Фурье для вектора электрической
индукции имеет вид
, (3.3)
где
- комплексный фурье – образ вещественной
функции
. Отметим, что иногда в преобразовании
Фурье используется другое представление экспоненты:
.
Переход от функции к фурье – образу делается следующим образом
. (3.4)
Будем
интересоваться нестационарным процессом, возникающим при включении источника в
момент времени . По принципу причинности поля
отсутствуют при
и преобразование (3.4) принимает
вид
. (3.5)
Подставляя
в (3.5) представление (3.2) для функциив случае
однородной стационарной среды, получим
.
Введем
обозначения и получим представление
.
Поменяем порядок интегрирования и получим выражение для фурье – образа
Выражение в фигурных скобках представляет
собой
, а выражение в квадратных скобках это
. Таким образом, получено материальное
соотношение для фурье - образов
. (3.6)
Зависимость
от частоты
отражает
наличие временной (частотной) дисперсии, а зависимость от волнового вектора
это признак пространственной дисперсии.
В линейной электродинамике можно ввести в рассмотрение материальные связи, описывающие плотности токов
,
.
В случае однородной стационарной среды получаются соотношения для фурье – образов
,
.
3.3 Энергетические соотношения для электромагнитного поля. Уравнения Максвелла, как уже отмечалось выше, это основные постулаты электродинамики материальных сред. Важным следствием этих уравнений является закон, описывающий баланс энергии в среде при наличии электромагнитного поля. Получим его для простейшего случая неоднородной изотропной среды без временной и пространственной дисперсии, когда справедливы соотношения
,
где
- скалярная функция, описывающая
диэлектрическую проницаемость неоднородной среды. Первое уравнение Максвелла
скалярно
умножим на . Второе уравнение Максвелла
скалярно
умножим на и вычтем одно из другого
. (3.7)
Используя формулу
проинтегрируем
соотношение (5.1) по объему , включающему сторонние
источники (Рис.3.1). Если объем
не зависит от времени
, то получим
. (3.8)
Воспользовавшись
формулой Гаусса-Остроградского, преобразуем (3.9) к виду,
(3.10)
Где
- поверхность, охватывающая объем
,
-
внешняя по отношению к объему нормаль,
- объем,
в котором расположены сторонние источники. Соотношение (3.9) содержит
квадратичные функции, оно выражает закон сохранения энергии в изотропной среде
без дисперсии. Подынтегральное выражение во втором слагаемом
представляет
собой распределенную в пространстве плотность электромагнитной энергии. Оно
показывает, что всюду, где есть поля , есть и энергия.
Плотность
потока электромагнитной энергии входит в
подынтегральное выражение первого члена в (3.9). Слагаемое
- отражает потери на джоулево тепло.
Интеграл
характеризует мощность стороннего
источника, которую нужно затратить в объеме
, чтобы
электрическая и магнитная индукции изменялись со скоростями
и
.
Формула (3.9) приводится к виду
.
При учете дисперсии энергетическое соотношение усложняется, в него будет входить еще энергия среды (кинетическая энергия заряженных частиц). Учет анизотропии приводит к дополнительному усложнению.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.