по направлению 511500 - радиофизика
Цель изучения дисциплины - ознакомление с теорией и физикой процессов, происходящих при возбуждении волн и их распространении в однородных, неоднородных и анизотропных средах; получение навыков грамотного решения практически и теоретически важных задач и знакомство с методами экспериментального исследования основных явлений, характеризующих волновой процесс.
Введение.
Понятие о волнах. Предмет теории волн. Определение волнового процесса. Условие квазистационарности. Основные свойства волнового процесса. Явления, характеризующие волновой процесс.
Свободные волны в неограниченной среде.
Волновое уравнение. Основные типы задач, связанные с решением волнового уравнения. 1-я и 2-я канонические формы волнового уравнения. Фазовый фронт, фазовая скорость, длина волны. Бегущие и стоячие волны. Плоские, цилиндрические и сферические волны.
Решение однородного волнового уравнения. Гармонические волны. Уравнение Гельмгольца. Волновой вектор. Неоднородные плоские волны.
Волны в жидкостях и газах. Акустические волны. Скорость звука. Уравнения Умова. Поток мощности. Волновое сопротивление среды для плоских, цилиндрических и сферических волн. Основные свойства акустических волн. Волны в упругих твердых телах.
Электромагнитные волны Векторное уравнение Гельмгольца. Векторный потенциал. Поляризация волн. Продольные и поперечные электромагнитные волны. Волновое сопротивление среды. Суперпозиция волн. Основные свойства электромагнитных волн.
Распространение электромагнитных волн в проводящей среде. Глубина проникновения (скин-слой). Поверхностный импеданс металла. Энергетические соотношения для волн в среде с потерями. Электромагнитные волны в однородной изотропной плазме.
Дисперсия волн. Волновой пакет. Фазовая и групповая скорости. Дисперсионное уравнение. Нормальная и аномальная дисперсии.
Приближение геометрической оптики. Уравнение эйконала. Световые лучи. Область применимости лучевого приближения.
Возбуждение волн
Возбуждение волн. Решение неоднородного уравнения Гельмгольца. Функция Грина для свободного пространства.
Волны, возбуждаемые бесконечным листком электрического тока. Быстрые и медленные волны. Поверхностный импеданс.
Волны, возбуждаемые бесконечным листком с комбинацией электрических и магнитных токов. Поляризационные характеристики волны.
Излучение электромагнитных волн излучателем конечных размеров. Ближняя и дальняя зоны излучения.
Дифракция волн. Приближение Кирхгофа. Дифракция Френеля. Дифракция Фраунгофера. Приближение геометрической оптики.
Линейный излучатель. Диаграмма направленности. Понятие области мнимых углов.
Волны в неоднородных и анизотропных средах.
Прохождение нормально поляризованной волны через границу раздела двух сред. Угол полного внутреннего отражения.
Прохождение параллельно поляризованной волны через границу раздела двух сред. Угол Брюстера.
Прохождение электромагнитной волны в среду с потерями. Приближенные граничные условия Леонтовича.
Прохождение плоской волны через слой. Неискажающий слой. Просветляющий слой. Волны в плоскослоистой среде. Рефракция волн.
Волны в анизотропных средах. Тензоры магнитной и диэлектрической проницаемостей намагниченных феррита и плазмы.
Продольное и поперечное распространение электромагнитной волны в намагниченном феррите. Эффект Фарадея. Эффект Коттона-Мутона. Необыкновенные волны.
Продольное и поперечное распространение электромагнитной волны в магнитоактивной плазме. Гидромагнитные волны. Эффект Фарадея. Эффект Коттона-Мутона. Необыкновенные волны..
Нелинейные волновые процессы. Электромагнитные волны в нелинейных средах. Генерация гармоник. Оптическое детектирование. Самофокусировка и дефокусировка луча.
ЛИТЕРАТУРА
Основная
Дополнительная
Перечень лабораторных работ
Программа составлена доцентом Ю.И. Буяновым (Томский госуниверситет)