Ch4. Fields And Waves In Material Media • Conductors and Semiconductors (導體與半導體) • Dielectrics (介電物質) • Magnetic Materials (磁性物質) • Wave Equations and Solution for Material Medium (材料介質中的波動方程式與其解) • Uniform Plane Waves in Dielectrics and Conductors (介電物質與導體中的均勻平面波) • Boundary Conditions (邊界條件) • Reflection and Transmission of Uniform Plane Waves (均勻平面波的反射與穿透)

4.1 Conductors & Semiconductors (導體及半導體)   絶緣體 (介電物質) 半導體 導體 很大 小 =0

 (S/m) 良導體 (金屬,石墨等) 半導體(矽,鍺等) 介電物質(絕緣體) 1020 1015 1010 105 100 105 1010  (S/m)

良導體在電場中的作用 + 

              + + + + + + + + + + + + + + 良導體在電場中的作用               + =               + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

電流 與 載子濃度 n 及 漂移速度 vd 之關係  + + I + I + + +

電阻率  與漂移速度 vd e + + I + I + + +  t 

電導率 (conductivity) e + + I + I + + +  令 

電導率 (conductivity) 與 電阻率 (resistivity)  = 1/

霍耳效應(Hall effect) – 測量載子濃度 n I  +  +   +  + +   +  z + y   I x

4.2 Dielectrics (介電物質) 電偶極矩(electric dipole moment) + +  

電場對電偶極的作用力  +  

電場對電偶極的作用力矩 +   

介電物質在電場中的作用 ＋ － － － － － － － － － － － － － － － － － － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － － － － － － － － － － － － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋

介電物質在電場中的作用 極化矩 polarization : electric susceptibility － － － － － － － － － － － － － － － － － : electric susceptibility ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ 電位移 displacement flux density － － － － － － － － － － － － － － － － － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ permittivity dielectric constant

各向異性(anisotropic)的介電物質在電場中的作用 permittivity tensor

4.3 Magnetic Materials (磁性物質) 磁偶極矩 (magnetic dipole moment) N S I

磁偶極矩 (magnetic dipole moment) Ｎ Ｎ Ｎ Ｎ Ｎ Ｎ Ｎ Ｎ Ｓ Ｓ Ｓ Ｓ Ｓ Ｓ Ｓ Ｓ N S S

磁性物質在磁場中的作用 磁化量 magnetization : magnetic susceptibility 磁場強度magnetic field intensity permeability relative permeability

各向異性(anisotropic)的磁性物質在磁場中的作用 permeability tensor

磁性物質與介電物質的比較 磁性物質 介電物質

磁場對磁偶極的作用力 N S

磁性物質在磁場中的作用 N S

磁性物質在磁場中的作用 N S

磁性物質在磁場中的作用

磁域(magnetic domain)理論

磁域(magnetic domain)理論

磁性物質在磁場中的作用 Unmagnetized Domain wall motion Domain wall rotation

磁性物質在磁場中的作用

磁性物質在磁場中的作用

交流去磁方法

4.4 Wave Equations and Solution for Material Medium (材料介質中的波動方程式與其解)

介質中的波動方程 波源在 z = 0 在 z = 0

介質中的波動方程 設其解為sinusoidal wave, 以phasor表示 Ex, Hy :

介質中的波動方程 含 解為 , 其中 向 +z 傳播 向 z 傳播

介質中的波動方程 其中 由邊界條件 向 z 傳遞

介質中的波動方程 時, = 0, ,  = 0  時 

介質中的波動方程 波速 (相速度) : 波長 : 時 波速 波長

介質中的波動方程 E和H的比值 : 向 z 傳遞 , ,  和 ,  的關係 :

4.5 Uniform Plane Waves in Dielectrics and Conductors (介電物質與導體中的均勻平面波) 材 質 條件 波 速 電磁場比 完美介電質 (perfect dielectrics) E和H同相位 非完美介電質 (imperfect dielectrics) E和H相位差 良導體 (good conductors) E和H相位差 完美導體 (perfect conductors) 內部無電磁波

介質內部波形 材 質 完美介電質 (perfect dielectrics) E和H同相位 材 質 完美介電質 (perfect dielectrics) E和H同相位 非完美介電質 (imperfect dielectrics) E和H相位差 良導體 (good conductors) E和H相位差 完美導體 (perfect conductors) 沒有電磁波

4.6 Boundary Conditions (邊界條件) 積分形式的Maxwell’s Equations: 法拉第定律 安培定律 電高斯定律 磁高斯定律

法拉第定律 , 安培定律 之 邊界條件 或

高斯定律之 邊界條件 或

邊界條件整理 或

4.7 Reflection and Transmission of Uniform Plane Waves (均勻平面波的反射與穿透) 電磁波在不同介質之界面上的反射 x y z 反射係數: 穿透係數: