.
Здесь
и
- это
вещественные функции. В принципе, вместо знака «-» перед
можно брать знак «+», переход от одного
случая к другому осуществляется операцией комплексного сопряжения. Введем
обозначение для комплексной амплитуды
и
придем к представлению
,
функция
- это Фурье-образ функции
. В соответствии с этой формулой каждый
входящий в (10.1) – (10.5) вектор и скалярную функцию можно записать в таком же
виде. Например,
С учетом
такого представления для гармонических полей и того, что , уравнение (10.1) записывается в виде
.
Поскольку это уравнение должно выполняться в любой момент времени, то приходим к уравнению для комплексных амплитуд
.
Аналогично записываются и другие уравнения:
,
,
.
В среде без пространственной дисперсии, в линейной электродинамике материальные уравнения для комплексных амплитуд имеют вид
,
.
С учетом этих материальных соотношений, уравнения Максвелла принимают вид
,
или
,
где введено обозначение
,
где
- тензор комплексной проницаемости среды,
- тензор относительной комплексной
проницаемости среды. В случае изотропной среды
, где
- единичный тензор.
Уравнение неразрывности приводится к виду
.
Система уравнений Максвелла для комплексных амплитуд в случае линейной электродинамики при отсутствии пространственной дисперсии имеет вид
,
,
,
,
где имеет место материальное соотношение
.
10.3.
Диэлектрическая проницаемость при очень больших частотах. В пределе функция
. Это очевидно из простых физических
соображений: При достаточно быстром изменении поля, процессы поляризации,
приводящие к установлению отличной от
индукции
, вообще не успевают происходить. Можно
установить предельный вид функции
для любых сред при
больших частотах. Частота поля должна быть велика по сравнению с частотами
движения всех электронов в атомах данного вещества. Электроны в такой ситуации
можно считать свободными, пренебрегая их взаимодействием друг с другом и с
ядрами атомов.
Скорость
движения электронов мала по сравнению со скоростью
света
. Поэтому расстояние
, проходимое электроном в течении периода
волны, малы по сравнению с длиной волны
. Поле
волны можно считать однородным и уравнение движения, описывающее возмущение
скорости взять в виде
.
Отсюда получаем связь между комплексными амплитудами
Вектор
поляризации - это дипольный момент единицы объема
где
- концентрация электронов (во всех атомах
единичного объема). Так как справедливо
,
то имеем
.
Фактическая
область применимости этой формулы начинается от далекого ультрафиолета у самых
легких элементов или от рентгеновских частот у более тяжелых элементов.
Величина имеет размерность частоты, она называется
плазменной частотой. При
происходит предельный
переход
.
В окрестности переднего фронта волны имеется резкое
изменение поля, которое описывается высокими частотами. Значит, фронт
распространяется в среде с диэлектрической проницаемостью вакуума. Скорость
распространения переднего фронта равна скорости распространения света
10.4. . Энергетические соотношения для стационарных процессов. Под стационарными процессами, будем здесь понимать процессы, гармонически зависящие от времени. Для них задача сводится к решению уравнений Максвелла для комплексных амплитуд. После их нахождения, переход к реальным полям осуществляется по формуле
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.