Магнитоэлектрокинетические волны

Разговоры на отвлеченные темы

Модераторы: morozov, mike@in-russia

Fedor

Магнитоэлектрокинетические волны

Номер сообщения:#1   Fedor » Ср май 21, 2008 23:56

До сих пор мы всегда считали, что в материальных средах, так же как и в свободном пространстве, распространяются электромагнитные волны, переносящие только электромагнитную энергию. Однако, такое определение является неполным. Например, в плазме при прохождении через неё электромагнитных волн, переносятся три вида энергии. Электрические поля таких волн переносят электрическую энергию, а магнитные поля переносят магнитную энергию. Но токие волны переносят еще и кинетическую энергию. Эта энергия связана с наличием кинетической энергии у зарядов, которые при прохождении волны приходят в колебательное движение, и эта волнна механических колебани переносит энергию подобно тому, как это имеет место в обычной стальной струне. Такое же явление имеет место и при прохождении электромагнитных волн в диэлектриках
Подробнее смотреть Ф. Ф. Менде ?Существуют ли ошибки в современной физике?? на моем сайте.

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32095
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Номер сообщения:#2   morozov » Чт май 22, 2008 0:28

Но токие волны переносят еще и кинетическую энергию.
Вы наверно имеете ввиду течения плазмы?

в ЭМ волнах нет смысла различать электрическую и магнитную волну. электромагнитная волна и энергия волны.
Но токие волны переносят еще и кинетическую энергию. Эта энергия связана с наличием кинетической энергии у зарядов, которые при прохождении волны приходят в колебательное движение, и эта волнна механических колебани переносит энергию подобно тому, как это имеет место в обычной стальной струне. Такое же явление имеет место и при прохождении электромагнитных волн в диэлектриках
Здравая мысль, но на самом деле в СРЕДЕ в движении участвуют заряды среды и скорость отличается от скорости в вакууме (откуда появляется и дисперсия) это теория дисперсии Лоренца практически сона сохранилась в том же виде и сейчас..
В пьезоэлектриках возможны более сложные виды волн - комбинация акустической и электромагнитной волны.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Fedor

Номер сообщения:#3   Fedor » Чт май 22, 2008 10:24

morozov писал(а):
Но токие волны переносят еще и кинетическую энергию.
Вы наверно имеете ввиду течения плазмы?

в ЭМ волнах нет смысла различать электрическую и магнитную волну. электромагнитная волна и энергия волны.
Но токие волны переносят еще и кинетическую энергию. Эта энергия связана с наличием кинетической энергии у зарядов, которые при прохождении волны приходят в колебательное движение, и эта волнна механических колебани переносит энергию подобно тому, как это имеет место в обычной стальной струне. Такое же явление имеет место и при прохождении электромагнитных волн в диэлектриках
Здравая мысль, но на самом деле в СРЕДЕ в движении участвуют заряды среды и скорость отличается от скорости в вакууме (откуда появляется и дисперсия) это теория дисперсии Лоренца практически сона сохранилась в том же виде и сейчас..
В пьезоэлектриках возможны более сложные виды волн - комбинация акустической и электромагнитной волны.
Нет, это не течение плазмы, это одновременное распространение электромагнитной и механической волны, несущей дополнительную кинетическую энергию. Когда распространяется волна, она заполняет пространство энергией. Если бы не было среды, то это заполнение происходило бы с большей скоростью. Как только появляется какой-то дополнительный механизм ,забирающий энергию, скорость заполнения пространства энергией уменьшается. Этот (именно этот) механизм и даёт дисперсию.Идем дальше. С ростом частоты амплитуда механических колебаний уменьшается, следовательно отбор энергии на это кинетическое движение уменьшается, следовательно растет фазовая скорость. И при оченнь высоких частотах волна вобще не чувствует среду. а движется практически в вакууме. Вот в чем дело, энергетика, оказывается всему голова, она-то и ответственна за дисперсию.

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32095
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Номер сообщения:#4   morozov » Чт май 22, 2008 13:48

Если бы не было среды, то это заполнение происходило бы с большей скоростью. Как только появляется какой-то дополнительный механизм ,забирающий энергию, скорость заполнения пространства энергией уменьшается. Этот (именно этот) механизм и даёт дисперсию.Идем дальше. С ростом частоты амплитуда механических колебаний уменьшается, следовательно отбор энергии на это кинетическое движение уменьшается, следовательно растет фазовая скорость. И при оченнь высоких частотах волна вобще не чувствует среду. а движется практически в вакууме. Вот в чем дело, энергетика, оказывается всему голова, она-то и ответственна за дисперсию.
Качественно все верно...именно так и описывается распространение волны в среде
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Editor
Сообщения: 199
Зарегистрирован: Сб июн 16, 2007 16:59

Номер сообщения:#5   Editor » Чт май 22, 2008 14:46

До сих пор мы всегда считали, что в материальных средах, так же как и в свободном пространстве, распространяются электромагнитные волны, переносящие только электромагнитную энергию.
Это не так!
Посмотрите классическую теорию распространения волн в веществе:
Борн, Вольф Основы оптики и.2, 1973.стр. 94-105. "Формула Лоренц-Лоренца и элементарная теория дисперсии"

Fedor

Номер сообщения:#6   Fedor » Чт май 22, 2008 17:46

Данная статья должна была быть развитием статьи "Существует ли дисперсия диэлектрической проницаемости плазмы?" Это была одна из самых рейтинговых статей на форуме и её прочли около 3-х тысяч читателей. Эту статью модератор Морозов стер только потому, что в процессе обсуждения её содержания, выяснился низкий уровень его физической квалификации и он не смог решить элементарную физическую задачу. Если кто-нибудь поинтересуется, что это за задача, я приведу её содержание в последующих постах. Вот такая история. Я очень боюсь, что и это моё сообщение Морозов, как и многие другие, тоже очень быстро сотрет, поэтому читайте его поскорее.
И поскольку содержание упомянутой статьи стерто, то я отсылаю всех к её дубликату на другом форуме http://lib.mexmat.ru./forum/viewtopic.php?t=14012 а продолжить её обсуждение мы можем и здесь, пользуясь текстом дубликата.

С уважением Ф. Ф. Менде

Fedor

Номер сообщения:#7   Fedor » Чт фев 26, 2009 23:30

Ну что же, пришло время продолжить обсуждение и этой статьи, имея в виду http://fmnauka.narod.ru/1/rez.html http://arxiv.org/abs/physics/0506081

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32095
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Номер сообщения:#8   morozov » Пт фев 27, 2009 22:16

Нет, это не течение плазмы, это одновременное распространение электромагнитной и механической волны, несущей дополнительную кинетическую энергию.
Ну и что?
Вы наконец прочитали учебник?

Тема интрескная.... например волны в ферроэлектриках.....

только хотелось услышать что-то конкретное
напишем сначала уравнение для таких волн... а то получается что-то совершенно беспредметное... конечно можно поговорить о волнах в проводнике в приближении Дебая... (можно и про квазичастицы потрепаться) ... только конкретно, еще одна ссылка на непонятно что и я тему сношу как рекламную...
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Fedor

Номер сообщения:#9   Fedor » Пт фев 27, 2009 23:13

morozov писал(а):
Нет, это не течение плазмы, это одновременное распространение электромагнитной и механической волны, несущей дополнительную кинетическую энергию.
Ну и что?
Вы наконец прочитали учебник?

Тема интрескная.... например волны в ферроэлектриках.....

только хотелось услышать что-то конкретное
напишем сначала уравнение для таких волн... а то получается что-то совершенно беспредметное... конечно можно поговорить о волнах в проводнике в приближении Дебая... (можно и про квазичастицы потрепаться) ... только конкретно, еще одна ссылка на непонятно что и я тему сношу как рекламную...
Нет вопросов, тема действительно интересная и я не собираюсь ограничиваться только ссылкой. Будет вам полное изложение темы с выкладками и коментариями.

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32095
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Номер сообщения:#10   morozov » Пт фев 27, 2009 23:32

Нет вопросов, тема действительно интересная и я не собираюсь ограничиваться только ссылкой.
ждем-с...
и пожалуйста не излагаете материал как первооткрыватель ...есть огромная литература ....конечно интересно, когда человек изобретает давно известное.. хотя жаль трудов. Достаточно открыть учебник...
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Fedor

Номер сообщения:#11   Fedor » Сб фев 28, 2009 14:58

morozov писал(а):
Нет вопросов, тема действительно интересная и я не собираюсь ограничиваться только ссылкой.
ждем-с...
Магнитоэлектрокинетические волны
(с выкладками и коментариями)

До сих пор всегда считалось, что в незамагниченной плазме может существовать только один высокочастотный резонанс, характеризующий продольные ленгмюровские колебания. Но, поскольку такой резонанс является продольным, то он не может излучать электромагнитные волны.
Однако при взрыве ядерных бомб наблюдается излучение электромагнитных колебаний в очень широком спектре частот. Поэтому возникает вопрос о поиске новых механизмов излучения таких колебаний высокотемпературной плазмой. В работах [1-3] показано, что вещественные уравнения Максвелла для бездиссипативной плазмы имеют вид:
$$
rot_{} \vec E = - \mu _0 \frac{{\partial _{} \vec H}}{{\partial _{} t}},
$$
$$
rot_{} \vec H = \vec j_\sum = \vec j_C + \vec j_L = \varepsilon _0 \frac{{\partial _{} \vec E}}{{\partial _{} t}} + \frac{1}{{L_k }}\int {\vec E_{} dt} ,
$$ (1)

Второе уравнение соотношений (1) представляет суммарную плотность тока, текущего через плазму, в случае наложения на неё электрических полей. Эта плотность тока состоит из двух составляющих: емкостной и индуктивной, наподобие тому, как это имеет место в параллельном колебательном контуре. В указанных работах показано, что эквивалентная схема плазмы представляет из себя параллельный колебательный контур. Такой подход особенно понятен специалистам радиотехнических специальностей.
Но применение уравнений Максвелла для решения задач электродинамики приобретает смысл, если известны граничные условия. Поэтому решим конкретную задачу для двух параллельных полуплоскостей, как показано на рисунке, между которыми находится плазма.

Изображение

Если линия расположена в вакууме, то погонная (приходящаяся на единицу длины) индуктивность и ёмкость такой линии без учёта краевых эффектов определяются соотношениями
$$C_0 = \varepsilon _0 \frac{b}{a}$$(2)
и
$$L_0 = \mu _0 \frac{a}{b}$$(3)

поэтому с ростом длины линии ее суммарная емкость

$$C_\Sigma = \varepsilon _0 \frac{b}{a}z$$(4)

и суммарная индуктивность

$$L_\Sigma = \mu _0 \frac{a}{b}z$$(5)

увеличиваются пропорционально ее длине.

Если в разомкнутую линию поместить плазму, носители заряда в которой могут двигаться без трения, и в поперечном направлении пропустить через плазму ток, то заряды, двигаясь с определенной скоростью, будут запасать кинетическую энергию. Поскольку плотность тока определяется соотношением

$$
j = \frac{I}{{bz}} = nev,
$$(6)

то суммарная кинетическая энергия всех движущихся зарядов запишется

$$
W_{k\Sigma } = \frac{1}{2}_{} \frac{m}{{ne^2 }}_{} abzj^2 = \frac{1}{2}_{} \frac{m}{{ne^2 }}_{} \frac{a}{{bz}}I^2
$$(7)

Соотношение (7) связывает энергию, запасенную в линии, с квадратом тока, поэтому коэффициент, стоящий в правой части соотношения (7) перед квадратом тока, является суммарной индуктивностью линии.
$$
L_{k\Sigma } = \frac{m}{{ne^2 }} \cdot \frac{a}{{bz}}
$$(8)

Таким образом, величина
$$
L_k = \frac{m}{{ne^2 }}
$$(9)

представляет удельную кинетическую индуктивность плазмы. Соотношение (9) получено для случая постоянного тока, когда токовое распределение является однородным.
Эквивалентная схема линии, заполненной бездиссипативной плазмой, будет эквивалентна параллельному колебательному контуру с сосредоточенными параметрами:

$$C = \frac{{\varepsilon _0 bz}}{a},$$
$$L = \frac{{L_k a}}{{bz}}.$$(10)

Но если вычислить резонансную частоту такого контура, то окажется, что эта частота вообще ни от каких размеров не зависит, действительно:

$$
\omega _\rho ^2 = \frac{1}{{CL}} = \frac{1}{{\varepsilon _0 L_k }} = \frac{{ne^2 }}{{\varepsilon _0 m}}
$$(11)

Мы получили очень интересный результат, который говорит о том, что резонансная частота рассмотренного макроскопического резонатора не зависит от его размеров. Может создаться впечатление, что мы имеем дело с ленгмюровским резонансом, т.к. полученное значение резонансной частоты в точности соответствует значению частоты ленгмюровского резонанса. Но мы знаем, что такой резонанс характеризует продольные волны, в то время как в длинной линии мы имеем дело с распространением поперечной волны. Данный результат соответствует решению системы уравнений (8) для линии с заданной конфигурацией. Из соотношений (9) следует, что волновое число определяется соотношением

$$
k_z^2 = \frac{{\omega ^2 }}{{c^2 }}\left( {1 - \frac{{\omega _\rho ^2 }}{{\omega ^2 }}} \right)
$$(12)

а групповая и фазовая скорости соотношениями

$$
v_g^2 = c^2 \left( {1 - \frac{{\omega _\rho ^2 }}{{\omega ^2 }}} \right)
$$(13)
$$
v_F^2 = \frac{{c^2 }}{{\left( {1 - \frac{{\omega _\rho ^2 }}{{\omega ^2 }}} \right)}}
$$(14)
где
$$
c = \left( {\frac{1}{{\mu _0 \varepsilon _0 }}} \right)^{1/2}
$$

скорость света в вакууме.
Для такой плазмы фазовая скорость электромагнитной волны равна бесконечности. Следовательно, в каждый момент времени распределение полей и токов вдоль такой линии однородно, а ток в плоскостях линии в этом направлении отсутствует. Это означает, что в данном случае вместо проводящих плоскостей могут быть использованы любые плоскости, ограничивающие плазму сверху и снизу. Отметим, что пока мы обсуждаем только принципиальную сторону вопроса, т.к., например, газоразрядную плазму ограничить для данных целей плоскостями нельзя, т.к. на эти плоскости будут оседать заряды. Возможно, это должна быть плазма в твердом теле, или газоразрядная плазма в магнитной ловушке,
Из соотношений (12) , (13) и (14) нетрудно видеть, что в точке резонанса мы имеем дело с поперечным резонансом с бесконечной добротностью. Рассмотрение данной задачи мы начали с рассмотрения плазмы, ограниченной с двух сторон плоскостями длинной линии. Но в процессе такого рассмотрения мы пришли к выводу, что наличие такого резонанса вообще от размеров линии не зависит. Значит, резонанс должен наблюдаться и в безграничной среде. Таким образом, в безграничной плазме кроме ленгмюровского резонанса, характеризующего продольные волны, может существовать и поперечный резонанс. Поскольку частоты этих резонансов совпадают, то они являются вырожденными. Отметим, что факт существования такого резонанса ранее осознан не был и это явление нигде описано не было.
Остановимся на энергетических процессах, имеющих место в плазме в случае отсутствия потерь.
Характеристическое сопротивление плазмы, дающее отношение поперечных компонент электрического и магнитного полей, определяется соотношением

$$
Z = \frac{{E_y }}{{H_x }} = \frac{{\mu _0 \omega }}{{k_z }} = Z_0 \left( {1 - \frac{{\omega _\rho ^2 }}{{\omega ^2 }}} \right)^{ - 1/2}
$$(15)

где
$$
Z_0 = \sqrt {\frac{{\mu _0 }}{{\varepsilon _0 }}}
$$

характеристическое сопротивление вакуума.
Полученное значение характерно для поперечных электрических волн в волноводах. Удельная энергия этих полей запишется
$$
W_{E,H} = \frac{1}{2}\varepsilon _0 E_{0y}^2 + \frac{1}{2}\mu _0 H_{0x}^2
$$(16)

Таким образом, энергия, заключенная в магнитном поле, в
$$
\left( {1 - \frac{{\omega _\rho ^2 }}{{\omega ^2 }}} \right)
$$
раз меньше, чем энергия, заключенная в электрическом поле. Отметим, что такое рассмотрение, которое является традиционным в электродинамике, является не полным, т.к. при этом не учтен еще один вид энергии, а именно кинетическая энергия носителей заряда. Оказывается, что кроме волны электрического и магнитного полей, несущей электрическую и магнитную энергию в плазме распространяется еще и третья - кинетическая волна, несущая кинетическую энергию носителей тока. Удельная энергия этой волны записывается

$$
W_k = \frac{1}{2}L_k j_0^2 = \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{{\omega ^2 L_k }}E_0^2 = \frac{1}{2}\varepsilon _0 \frac{{\omega _\rho ^2 }}{{\omega ^2 }}E_0^2
$$(17)

Таким образом, полная удельная энергия записывается так:

$$
W_{E,H,j} = \frac{1}{2}\varepsilon _0 E_{0y}^2 + \frac{1}{2}\mu _0 H_{0x}^2 + \frac{1}{2}L_k j_0^2
$$(18)

Следовательно, для нахождения полной удельной энергии, запасенной в единице объема плазмы, учет только электрических и магнитных полей недостаточен.
В точке резонанса выполняется соотношение

$$W_H = 0$$
$$W_E = W_k $$

т.е. магнитное поле в плазме отсутствует, и плазма представляет из себя макроскопический электромеханический резонатор с бесконечной добротностью, резонирующий на резонансной частоте.
Поскольку на частотах, которые выше резонансной, волна, распространяющаяся в плазме, несет на себе три вида энергии: магнитную, электрическую и кинетическую, то такую волну можно назвать магнитноэлектрокинетической.



1. Менде Ф. Ф. Существуют ли ошибки в современной физике. Харьков,
Константа, 2003.- 72 с. ISBN 966-7983-55-2.
2. Менде Ф. Ф. Непротиворечивая электродинамика. Харьков, НТМТ, 2008, ?
153 с. ISBN 978-966-8603-23-5.
3. Transversal plasma resonance in a nonmagnetized plasma and possibilities of
practical employment of it. http://arxiv.org/abs/physics/0506081

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32095
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Номер сообщения:#12   morozov » Сб фев 28, 2009 15:20

Мы говорили о волнах....

Вы продолжаете об ошибках...

Каких ошибках? Вы их не нашли... (эмоции не в счет)

Чего тут этакого, зачем это все?
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32095
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Номер сообщения:#13   morozov » Сб фев 28, 2009 15:35

Посмотрите

Плазменный резонанс в лаборатории и в верхней атмосфере
Гильденбург В.Б.
Аннотация: Плазма представляет собой среду, в которой под действием внешнего переменного электромагнитного поля может происходить сильная раскачка (резонанс) собственных колебаний и волн электронной плотности. В статье рассказано о физических механизмах этого явления, особенностях его проявления и возможностях использования в различных условиях.

Предметная область: 2.2 - Профессиональное образование
2.2.74 - Математика и естественно-научное образование
2.2.74.6 - Физика
Библиографическая ссылка: Гильденбург В.Б. Плазменный резонанс в лаборатории и в верхней атмосфере // Соросовский образовательный журнал, 2000, ?12, с. 86-92.

http://window.edu.ru/window_catalog/red ... 12_086.pdf

изучайте!
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Fedor

Номер сообщения:#14   Fedor » Сб фев 28, 2009 15:36

morozov писал(а):Мы говорили о волнах....

Вы продолжаете об ошибках...

Каких ошибках? Вы их не нашли... (эмоции не в счет)

Чего тут этакого, зачем это все?
Ни о каких ошибках здесь речь не идёт. Здесь просто описано ранее неизвестное новое физическое явление, которое называется "поперечный плозменный резонанс в незамагниченной плазме". Если вы даже этого не поняли, то это уже ваши личные проблемы.
Прошу неуместными и бессодержательными коментариями (спамом) не засорять тему. Пускай другие почитают и выскажутся.

Fedor

Номер сообщения:#15   Fedor » Сб фев 28, 2009 15:56

morozov писал(а):
http://window.edu.ru/window_catalog/red ... 12_086.pdf

изучайте!
А что изучать-то? описан всем известный ленгмюровский резонанс и не более того.

Ответить

Вернуться в «Оффтопик»