Введение в волноводы 4:10 Обсуждение волноводов с идеально проводящими стенками и диэлектриком внутри. Решение уравнения Максвелла с граничными условиями. Введение обозначений для компонентов поля.
Уравнение для продольной компоненты 5:01 Уравнение для продольной компоненты поля. Введение обозначения гамма для волнового числа. Решение уравнения в естественном виде волны.
Геометрический фактор 6:00 Решение существует не при любых значениях гамма. Геометрический фактор определяет существование решения. Пример с одномерным случаем для понимания граничных условий.
Граничные условия и геометрия 7:14 Граничные условия требуют, чтобы функция на границе обращалась в ноль. Геометрия волновода определяет, при каких значениях гамма решение существует. Пример с двумерным случаем для иллюстрации.
Положительность гамма 10:11 Гамма в квадрате должна быть положительной для существования решения. Волновое число k в квадрате должно быть больше нуля для предотвращения затухания. Вывод о необходимости k в квадрате больше нуля для распространения волны.
Итоги и обобщения 13:20 В волноводе существуют разные типы волн: поперечные электрические, магнитные и электромагнитные. Волны в волноводе имеют продольную компоненту, в отличие от волн в свободном пространстве. Волны распространяются только при частоте больше граничной.
Дисперсионное соотношение 16:21 Волновое число k связано с частотой омега через дисперсионное соотношение. Фазовая скорость волны больше скорости света. Групповая скорость волны меньше скорости света, что соответствует физическим ограничениям.
Пример прямоугольного волновода 20:01 Рассматривается прямоугольный волновод с размерами a и b. Рассматривается волна TE, где поле E равно нулю. Уравнение для поля B: вторая производная по z равна нулю.
Решение уравнения для волны TE 22:27 Решение должно удовлетворять граничным условиям на поверхности волновода. Поле B зависит от x и y, с индексами m и n. Разрешенные значения гамма определяют существование решения.
Конкретная волна TE 10 25:25 Волна TE 10: m = 1, n = 0. Длина волны вдоль стороны a составляет половину длины волны. Решение включает временную и пространственную части.
Поперечная компонента поля 27:17 Поперечная компонента поля: b0 * sin πx/a * e^ikz. Волна бежит в волноводе, создавая стоячие волны. Волновод можно рассматривать как длинную линию.
Резонатор 29:32 Закрытие волновода с торцов создает резонатор. Решение для резонатора: косинус πx/a * косинус πy/b * косинус πz/c. Граничные условия должны быть выполнены с двух сторон.
Добротность резонатора 31:32 Потери энергии в резонаторе связаны с проводимостью стенок и диэлектрика. Добротность резонатора определяется как отношение энергии к потерям. Переход к теме плазмы.
Введение в плазму 33:26 Плазма состоит из плюсиков и минусиков, которые могут быть нейтральными. Квазинейтральность означает, что количество плюсиков равно количеству минусиков. Для создания плазмы нужно разорвать связь между плюсиками и минусиками, что требует добавления энергии.
Способы создания плазмы 35:21 Для создания плазмы нужно увеличить температуру или приложить внешнее электрическое поле. Химическая реакция также может быть способом создания плазмы. Энергия, необходимая для разрыва связи, зависит от типа атома.
Высокотемпературная и низкотемпературная плазма 39:19 Высокотемпературная плазма поддерживает термоядерные реакции, как на Солнце. Низкотемпературная плазма существует при меньших температурах и включает газовые разряды. Газовые разряды могут быть при низких и высоких давлениях и используются в промышленности.
Радиус экранирования 42:59 Радиус экранирования показывает, как заряд экранируется в плазме. Заряд окружен минусиками, которые не падают на плюсик из-за температуры. Радиус экранирования связан с температурой и распределением Больцмана.
Потенциал заряда в плазме 51:40 Уравнение Пуассона используется для расчета потенциала заряда в плазме. Заряд плазмы складывается из плюсиков и минусиков. Электроны и ионы могут иметь разные температуры из-за разницы в массах.
Уравнение Пуассона и радиус экранирования 54:45 Рассматривается случай, когда величина достаточно мала и её можно разложить в ряд. Получено уравнение Пуассона с оператором Лапласа. Введено понятие радиуса экранирования Дебая.
Решение уравнения Пуассона 55:42 Уравнение Пуассона записано в окончательном виде. Оператор Лапласа для сферически симметричного случая. Уравнение решено с учетом симметрии и сферических координат.
Потенциал и радиус Дебая 57:40 Потенциал убывает с расстоянием от заряда. Радиус Дебая связан с тепловым движением частиц. Оценка энергии разделения заряда и её сравнение с кинетической энергией частиц.
Плазменная частота 1:04:14 В плазме возможны колебания зарядов. Определена плазменная частота колебаний. Уравнение колебаний с учетом массы электрона и плазменной частоты.
Диэлектрическая проницаемость плазмы 1:08:55 Понятие диэлектрической проницаемости плазмы. Рассматривается для конкретного случая.
Высокочастотная волна в плазме 1:09:41 Рассматривается плоская монохроматическая волна, падающая на плазму. Электроны движутся под действием волны, а ионы остаются неподвижными. Уравнение для смещения электронов включает поле и поле Б.
Приближения и решение уравнения 1:10:39 Ионы считаются неподвижными, а электроны двигаются под действием волны. Уравнение для смещения электронов упрощается, пренебрегая полем Б. Электроны смещаются на дельта р под действием волны.
Поляризация и дипольный момент 1:13:34 Возникает поляризация объема плазмы из-за смещения электронов. Дипольный момент единички объема плазмы равен концентрации электронов, умноженной на дельта р. Поляризация выражается через диэлектрическую проницаемость.
Прозрачность плазмы 1:15:31 Плазма прозрачна, если частота волны больше плазменной частоты. При частоте волны меньше плазменной частоты плазма отражает волну. Это важно для связи с космосом, так как ионосфера является плазмой.
Итоги и примеры плазмы 1:18:24 Плазма состоит из множества частиц, квазинейтральна и имеет характерный размер. Плазма должна быть газом с заряженными частицами, чтобы плазменные явления проявлялись. Пример газового разряда в лампочке и генератора Тесла.
Генератор Тесла и газовый разряд 1:23:51 Генератор Тесла создает электромагнитные волны, которые достигают трубочки с низким давлением. В трубочке начинается свечение, что указывает на наличие плазмы. Высокочастотный генератор вызывает свечение лампочки, создавая плазму.
Влияние типа газа на свечение 1:24:51 Свечение зависит от типа газа, так как каждый элемент имеет свои электронные уровни. Ртутная лампа и лампа с люминофором создают белое свечение. Лампа без люминофора показывает внутренний газовый разряд.
Неоднородности в газовом разряде 1:26:47 В газовом разряде возникают неоднородности, называемые стратами. Эти особенности важны для специалистов, создающих устройства на основе плазмы. Плазма может иметь причудливые конфигурации, что делает её интересной для изучения.
Завершение курса 1:27:46 Это последняя лекция курса физики. Автор предлагает задавать вопросы и проводить консультации. Пожелания удачи в сессии и выпускных экзаменах.
