2 S. 1. ˆn E 1 ˆn E 2 = 0 (tangentialkomponenten av den elektriska fältstyrkan är alltid kontinuerlig)

Relevanta dokument
I ett område utan elektriska laddningar satisfierar potentialen Laplace ekvation. 2 V(r) = 0

14. Potentialer och fält

FFM234, Klassisk fysik och vektorfält - Föreläsningsanteckningar

Föreläsning 1. Elektrisk laddning. Coulombs lag. Motsvarar avsnitten i Griths.

Föreläsning 5. Linjära dielektrikum (Kap. 4.4) Elektrostatisk energi (återbesök) (Kap ) Motsvarar avsnitten 4.4, , 8.1.

Skineffekten. (strömförträngning) i! Skineffekten. Skineffekten. Skineffekten. Skineffekten!

Föreläsning 12. Tidsharmoniska fält, komplexa fält (Kap ) Plana vågor (Kap ) i Griffiths

Lösningsförslag till tentamen i 5B1107 Differential- och integralkalkyl II för F1, (x, y) = (0, 0)

Potentialteori Mats Persson

sluten, ej enkel Sammanhängande område

1 Två stationära lösningar i cylindergeometri

Skriftlig tentamen i Elektromagnetisk fältteori för π3 (ETEF01) och F3 (ETE055)

Angående kapacitans och induktans i luftledningar

Vad är ljus? Fundamental krafter. James Clerk Maxwell. Kapitel 3, Allmänna vågekvationen. Maxwells ekvationer i vakuum FAF260

16. Spridning av elektromagnetisk strålning

Tentamen i El- och vågrörelselära,

2012 Tid: läsningar. Uppgift. 1. (3p) (1p) 2. (3p) B = och. då A. Uppgift. 3. (3p) Beräkna a) dx. (1p) x 6x + 8. b) x c) ln. (1p) (1p)

TENTAMEN. Datum: 5 juni 2019 Skrivtid 14:00-18:00. Examinator: Armin Halilovic, tel

Lösningar till tentamen i tillämpad kärnkemi den 10 mars 1998 kl

För att bestämma virialkoefficienterna måste man först beräkna gasens partitionsfunktion då. ɛ k : gasens energitillstånd.

Skriftlig tentamen i Elektromagnetisk fältteori för π3 (ETEF01) och F3 (EITF85)

Maxwell insåg att dessa ekvationer inte var kompletta!! Kontinutetsekvationen. J = ρ

Geometrisk optik reflektion och brytning

Formelsamling. Elektromagnetisk fältteori för F och Pi ETE055 & ETEF01

Mekanik för I, SG1109, Lösningar till problemtentamen,

Tentamen 1 i Matematik 1, HF1903, 22 september 2011, kl

Magnetiskt fält kring strömförande ledare Kraften på en av de två ledarna ges av

18. Sammanfattning Ursprung och form av fältena Elektrostatik Kraft, fält och potential 2 21, (18.3)

18. Sammanfattning Kraft, fält och potential. Krafter F är fysikaliskt mätbara storheter Elfält beror på kraften som F = Eq (18.

18. Sammanfattning. Elektrodynamik, vt 2013, Kai Nordlund 18.1

Uppgift 4. (1p) Beräkna volymen av den parallellepiped som spänns upp av vektorerna. ) vara två krafter som har samma startpunkt

7 Elektricitet. Laddning

Flervariabelanalys I2 Vintern Översikt föreläsningar läsvecka 3

Matematisk statistik Kurskod HF1012 Skrivtid: 8:15-12:15 Lärare och examinator : Armin Halilovic

6 KVANTSTATISTIK FÖR IDEALA GASER

Lösningar till seminarieuppgifter

REDOVISNINGSUPPGIFT I MEKANIK

Vi börjar med att dela upp konen i ett antal skivor enligt figuren. Tvärsnittsareorna är då cirklar.

LEDNINGAR TILL PROBLEM I KAPITEL 8. Vi antar först att den givna bromsande kraften F = kx är den enda kraft som påverkar rörelsen och därmed också O

14. Potentialer och fält

x=konstant V 1 TANGENTPLAN OCH NORMALVEKTOR TILL YTAN z = f ( x, LINEARISERING NORMALVEKTOR (NORMALRIKTNING) TILL YTAN.

Skriftlig tentamen i Elektromagnetisk fältteori för π3 (ETEF01) och F3 (ETE055)

8 SVARTKROPPS- 8.1 Tillståndet för en foton. Planck-fördelningen. elektriska fältet där E = (E x, E y, E z ) och

Elektrodynamik. Elektrostatik. 4πε. eller. F q. ekv

Vågrörelselära och optik

TENTAMEN I MATEMATIK MED MATEMATISK STATISTIK HF1004 TEN

Tentamen IF1330 Ellära torsdagen den 4 juni

Tentamen i : Vågor,plasmor och antenner. Totala antalet uppgifter: 6 Datum:

Omtentamen i IF1330 Ellära torsdagen den 22 augusti

Föreläsning , , i Griffiths Vi kommer nu till hur elektromagnetiska vågor genereras!

Lösningar till tentamen i Elektromagnetisk fältteori för Π3 & F3

=============================================== Plan: Låt π vara planet genom punkten P = ( x1,

Kurs: HF1903 Matematik 1, Moment TEN1 (Linjär Algebra) Datum: 28 augusti 2015 Skrivtid 8:15 12:15

Tvillingcirklar. Christer Bergsten Linköpings universitet. Figur 1. Två fall av en öppen arbelos. given med diametern BC.

Tentamen Modellering och simulering inom fältteori, 8 januari, 2007

Den geocentriska världsbilden

===================================================

Storhet SI enhet Kortversion. Längd 1 meter 1 m

Gravitation och planetrörelse: Keplers 3 lagar

Tentamen i IF1330 Ellära torsdagen den 5 juni

ω = θ rörelse i två dimensioner (repetition) y r dt radianer/tidsenhet kaströrelse: a x = 0 a y = -g oberoende rörelse i x- respektive y-led

14. Potentialer och fält

Omtentamen IF1330 Ellära tisdagen den 18 augusti

Förra föreläsningen. Reglerteknik AK F6. Repetition frekvensanalys. Exempel: experiment på ögats pupill. Frekvenssvar.

1. Kraftekvationens projektion i plattans normalriktning ger att

Ylioppilastutkintolautakunta S t u d e n t e x a m e n s n ä m n d e n

TMV166 Linjär algebra för M. Datorlaboration 4: Geometriska transformationer och plottning av figurer

UPPGIFT 1. F E. v =100m/s F B. v =100m/s B = 0,10 mt d = 0,10 m. F B = q. v. B F E = q. E

Temperaturmätning med resistansgivare

Svar till övningar. Nanovetenskapliga tankeverktyg.

Tentamen för FYSIK (TFYA86)

Formelsamling till Elektromagnetisk

Värt att memorera:e-fältet från en punktladdning

Lösningsskiss för tentamen Vektorfält och klassisk fysik (FFM234 och FFM232)

13. Plana vågors reflektion och brytning

Tentamen i : Vågor,plasmor och antenner. Totala antalet uppgifter: 6 Datum: Examinator/Tfn: Hans Åkerstedt/ Skrivtid:

===================================================

Föreläsning 2 1. Till varje punkt i rummet tilldelas en vektor. ( ) = T ( x, y, z,t) ( ) = v x

TFYA16/TEN2. Tentamen Mekanik. 29 mars :00 19:00. Tentamen består av 6 uppgifter som vardera kan ge upp till 4 poäng.

9. Magnetisk energi Magnetisk energi för en isolerad krets

21. Boltzmanngasens fria energi

Tentamen i El- och vågrörelselära,

GRADIENT OCH RIKTNINGSDERIVATA GRADIENT. Gradienten till en funktion f = f x, x, K, innehåller alla partiella derivator: def. Viktig egenskaper:

Relationsalgebra. Relationsalgebra består av en mängd operatorer som tar en eller två relationer som input och producerar en ny relation som resultat.

Datum: Tid:

Kapitel 33 The nature and propagation of light. Elektromagnetiska vågor Begreppen vågfront och stråle Reflektion och brytning (refraktion)

9. Magnetisk energi Magnetisk energi för en isolerad krets

9. Magnetisk energi [RMC 12] Elektrodynamik, vt 2013, Kai Nordlund 9.1

Tentamen för FYSIK (TFYA86)

Fysik TFYA68. Föreläsning 2/14

Tentamen ellära 92FY21 och 27

TFEI02: Vågfysik. Tentamen : Svar och anvisningar. t s(x,t) =s 0 sin 2π T x. v = fλ =3 5 m/s = 15 m/s

Upp gifter. 3,90 10 W och avståndet till jorden är 1, m. våglängd (nm)

Tentamen i Mekanik I del 1 Statik och partikeldynamik

TATA44 ösningar till tentamen 13/01/ ) Paraboloiden z = 2 x 2 y 2 skär konen z = x 2 + y 2 då x 2 + y 2 = 2 x 2 y 2. Med

Kapitel: 32 Elektromagnetiska vågor Maxwells ekvationer Hur accelererande laddningar kan ge EM-vågor

1.1 Stokes sats. Bevis. Ramgard, s.70

FK Elektromagnetism och vågor, Fysikum, Stockholms Universitet Tentamensskrivning, måndag 21 mars 2016, kl 9:00-14:00

1 av 9. vara en icke-nollvektor på linjen L och O en punkt på linjen. Då definierar punkten O och vektorn e r ett koordinataxel.

u = 3 16 ǫ 0α 2 ρ 2 0k 2.

Transkript:

1 Föeläsning 11 9.1-9.2.2 i Giffiths Randvillko (Kap. 7.3.6) (Vi vänta till föeläsning 12 med att ta upp andvillkoen. Dä används de fö att bestämma eflektion och tansmission mot halvymd.) De till Maxwells ekvatione föenliga andvillkoen ä: 1 n^ 2 S 1. ˆn E 1 ˆn E 2 = 0 (tangentialkomponenten av den elektiska fältstykan ä alltid kontinuelig) 2. ˆn H 1 ˆn H 2 = J Sf (tangentialkomponenten av den magnetiska fältstykan ä diskontinuelig med spång J Sf, fia ytstömma) 3. ˆn B 1 ˆn B 2 = 0 (nomalkomponenten av den magnetiska flödestätheten ä alltid kontinuelig) 4. ˆn D 1 ˆn D 2 = ρ Sf (nomalkomponenten av den elektiska flödestätheten ä diskontinuelig med spång ρ Sf, fia ytladdninga) Vågekvationen Fån Maxwells ekvatione E = B Faadays lag H = J f + D Ampèes (genealiseade) lag D = ρ f Gauss lag B = 0 Flödeskonseveing

2 ä det ganska ättfamt att häleda vågekvatione fö de elektiska och magnetiska fälten. Antag, linjät, isotopt, homogent (µ, ε konstanta) mateial, dvs. { D = εe Vi få mha. Maxwells ekvatione B = µh ( E) = B }{{} = µ H = µ ( E) 2 E vilket i sin tu ge 2 E εµ 2 E = ( E)+µ J f 2 ( = 1 ε ρ f +µ J f J f + D ) }{{} ε E dvs. den tedimensionella vågekvationen med en källtem ρ f /ε+µ J f. Vaje katesisk komponent uppfylle den endimensionella vågekvationen. 2 f(,t) 1 c 2 2 f(,t) 2 = källtem dä c = 1/ µε=våghastigheten. I vakuum ä våghastigheten exakt given av c 0 = 299792458 m/s. På samma sätt häleds den tedimensionella vågekvationen fö det magnetiska fältet H(,t). Resultatet ä 2 E 1 2 E c 2 = 1 2 ε ρ f +µ J f 2 H 1 2 H = J c 2 2 f Fälten E och H skapas i något omåde dä det finns laddninga och stömma, t.ex. i en antenn. Fälten fädas ut fån omådet som elektomagnetiska vågo. Fälten fö dessa vågo måste uppfylla ekvationena ovan. I källfitt vakuum gälle de homogena vågekvationena 2 E 1 2 E c 2 0 = 0 2 2 H 1 2 H = 0 c 2 0 2 (0.1)

3 Planvågslösninga och deas egenskape Lösninga till vågekvationena (0.1) som baa beo av z och t, d.v.s. E(z,t) och H(z,t), kallas plana vågo eftesom de fö en fix tid ä konstanta vektoe i vaje plan z =konstant. På stoa avstånd fån en källa ä planvågsappoximationen ofta elevant och den föenkla både analysen och den fysikaliska tolkningen. Av dessa anledninga används den flitigt inom optik och mikovågsteknik. Hä följe te viktiga egenskape fö plana vågo i vakuum: 1. Plana vågo ä tansvesella, E z (z,t) = 0 och H z (z,t) = 0. 2. Två type: E + (z ct) som ö sig i positiv z led och E (z+ct) som ö sig i negativ z led E(z,t) = E + (z ct)+e (z +ct) H(z,t) = H + (z ct)+h (z +ct) 3. Regeln om högesystem: Låt ˆk vaa planvågens utbedningsiktning. Då bilda E, H, ˆk ett otogonalt högesystem dä E H = η µ0 0 = = 120πΩ = vågimpedansen fö vakuum ε 0 E B = c 0 = ljushastigheten i vakkum H En planvåg med utbedningsiktning ˆk, dä ˆk ä en enhetsvekto, kan skivas E(ˆk c 0 t) Tidshamoniska plana vågo k H(ˆk c 0 t) = η 1 0 ˆk E(ˆk c 0 t) En tidshamonisk planvåg vaiea sinusfomat i både um och tid. Nästan all tådlös kommunikation ske med hjälp av bävågo som ä tidshamoniska. Även inom optiken ä tidshamoniska vågo vanliga. En lase ge t.ex. ifån sig ljus med en bestämd fekvens och detta ljus ä då tidshamoniskt. En tidshamonisk planvåg som ö sig i positiv z led kan skivas E(z,t) = E 0 sin(kz ωt+α 0 )ˆx+E 1 sin(kz ωt+α 1 )ŷ H(z,t) = η0 1 ẑ E(z,t) = η 1 0 (E 0 sin(kz ωt+α 0 )ŷ E 1 sin(kz ωt+α 1 )ˆx) Hä ä ω = 2πf =vinkelfekvensen, f =fekvensen, k = ω c 0 = 2π λ =vågtalet, λ = c 0 f =våglängden, α 0 =fasvinkel och α 1 =fasvinkel. E

4 Lösning av vågekvationen (Kusivt) På föeläsning 13, som handla om antenne, behöve vi använda lösningen till den skaläa vågekvationen fö att kunna konstuea de tidsbeoende elektomagnetiska fälten fån en antenn. Fö fullständighetens skulle visa vi hä hu man få fam lösningen i det skaläa fallet. Tentamen komme inte att innehålla uppgifte dä det kävs att man föstå häledningen. Man bö dock föstå att lösningen ä kausal, d.v.s. att det ta en tid /c fö en signal att fädas stäckan. Vi skall nu studea lösninga V = V(,t) till vågekvationen 2 V(,t) 1 c 2 2 V(,t) 2 = ρ(,t) Detta ä samma ekvation som dyke upp i akustiken. Enda skillnaden ä att våghastigheten ä betydligt läge fö akustiska vågo än fö elektomagnetiska vågona. Låt källtemen föst vaa en "punktladdning" i oigo, dvs. ρ(,t) = δ()q(t) Obsevea att detta ä en matematik konstuktion som inte alltid kan ealiseas fysikaliskt. Vi söke sfäiskt symmetiska lösninga V = V(, t). I sfäiska koodinate få vi vågekvationen ( ) 1 2 V(,t) 1 2 V(,t) = δ()q(t) ( ) 2 c 2 2 En lösning till den källfia ekvationen ä V(,t) = f( ct), > 0 dä f ä en godtycklig (snäll) funktion. 1 Funktionen f bestäms av funktionen q(t) i oigo. Resultatet ä f(ξ) = q( ξ/c) 4π 1 Vi kontollea detta genom att beäkna de patiella deivatona m.a.p. och t. vilket ge f( ct) = f ( ct) ( 2 ) f( ct) ( 1 2 2 2 f( ct) 2 = c 2f ( ct) f( ct) 2 = (f ( ct)) f( ct) = f ( ct) f( ct) ) 1c 2 f( ct) 2 2 = f ( ct) 1 2c2f ( ct) = 0 c

5 Bevis Vi visa detta esultat, men beviset kan hoppas öve fö den som inte ä intessead. Integea båda sido i ( ) öve ett klot centeat i oigo med adie ǫ. ǫ 2 V(,t) dv 1 c 2 ǫ De olika temena i vänste led bli: 2 V(,t) dv = 4π 2 ǫ 2 V(,t) 2 ǫ 0 dv = δ()q(t) dv = q(t) ( ) ǫ c 2 f ( ct) 2 d 0, ǫ 0 och med divegenssatsens hjälp 2 V(,t) dv = ˆ ds = 4πǫ ǫ}{{} =ǫ V 2 f( ct) =ǫ ( V) ( f =4πǫ 2 (ǫ ct) f(ǫ ct) ) 4πf( ct), ǫ 0 ǫ ǫ 2 Resultatet fån ( ) bli i gänsen ǫ 0: 4πf( ct) = q(t) vilket visa det önskade esultatet. Lösningen till vågekvationen ( ) bli däfö V(,t) = f( ct) = q(t /c) 4π Lösning fö tanslatead "punktladdning". V(,t) = q(t /c) 4π Totalt fån hela laddningsfödelningen ρ(, t) fås genom att integea öve alla källo, dvs. ρ(,t /c) V(,t) = dv R 4π 3 Fysikalisk tolkning:

6 mätpunkt (,t) gångtid j j/c källpunkt (,t-j j/c) Oigo Tidsagumentet i integalen ä tidsföskjutet med gångtiden mellan käll- och mätpunkt. Jämföelse med det elektostatiska fallet 2 V() = ρ()/ε 0 med lösning ρ( ) V() = R 4π 3 dv vilket motsvaa oändlig utbedningshastighet c.