Ch4. Fields And Waves In Material Media

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1 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)

2 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

3  (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)

4 良導體在電場中的作用 + 

5               + + + + + + + + + + + + + +
良導體在電場中的作用               + =              

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

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

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

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

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

11 4.2 Dielectrics (介電物質) 電偶極矩(electric dipole moment) + +  

12 電場對電偶極的作用力  +  

13 電場對電偶極的作用力矩 +   

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

15 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

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

17 4.3 Magnetic Materials (磁性物質)
磁偶極矩 (magnetic dipole moment) N S I

18 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

19 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

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

21 磁性物質與介電物質的比較 磁性物質 介電物質

22 磁場對磁偶極的作用力 N S

23 磁性物質在磁場中的作用 N S

24 磁性物質在磁場中的作用 N S

25 磁性物質在磁場中的作用

26 磁域(magnetic domain)理論

27 磁域(magnetic domain)理論

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

29 磁性物質在磁場中的作用

30 磁性物質在磁場中的作用

31 交流去磁方法

32

33 4.4 Wave Equations and Solution for Material Medium (材料介質中的波動方程式與其解)

34 介質中的波動方程 波源在 z = 0 在 z = 0

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

36 介質中的波動方程 含 解為 , 其中 向 +z 傳播 向 z 傳播

37 介質中的波動方程 其中 由邊界條件 向 z 傳遞

38 介質中的波動方程 時, = 0, ,  = 0  時 

39 介質中的波動方程 波速 (相速度) : 波長 : 時 波速 波長

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

41 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

42 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

43 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

44 法拉第定律 , 安培定律 之 邊界條件 或

45 高斯定律之 邊界條件 或

46 邊界條件整理 或

47 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: