Superficial Las ondas se llaman guiadas planas no homogéneas lentas. ondas electromagnéticas clase E o clase H, con dispersión. Sistemas de guiado, a lo largo del cual se propagan ondas superficiales, son superficies de desaceleración (impedancia).
Las ondas superficiales tienen dos principales características , distinguiéndolas de todas las demás ondas guiadas.
1.) Las amplitudes de los vectores E y H de las ondas superficiales disminuyen exponencialmente en la dirección normal a las superficies de desaceleración a lo largo de las cuales se propagan.
2.) Las ondas superficiales son lentas (Vph
La disminución de las amplitudes de los vectores E y H de una onda superficial en la dirección normal a la superficie a lo largo de la cual se propaga no está asociada con pérdidas activas en el medio, sino que es causada por relaciones de fase especiales entre los componentes de los vectores E. y H de esta onda, debido a que el flujo del vector de Poynting en en esta dirección en promedio para el periodo =0.
La densidad del flujo de energía transferida por una onda superficial a lo largo de una superficie guía es máxima inmediatamente en esta superficie y disminuye drásticamente con la distancia a ella. En sentido figurado, al propagarse a lo largo de una superficie guía, la onda parece “pegarse” a ella, lo que determina el nombre de “superficie” para ondas de este tipo.
48.Condiciones de contorno aproximadas de Leontovich.
Supongamos que una onda electromagnética plana incide desde el aire formando un ángulo sobre una interfaz plana con un medio bastante conductor descrito por el índice de refracción complejo:
Del establecimiento del concepto de medio bien conductor se deduce lo siguiente. La desigualdad extrema según la ley de Siell significa que el ángulo de refracción debe ser muy pequeño. Se puede suponer aproximadamente que una onda refractada ingresa al Medio 2 en la dirección de la normal en significado diferenteÁngulo de incidencia. Esto es lo principal definicion fisica Las condiciones de Leontovich. De acuerdo con lo anterior, el circuito equivalente de un medio similar al metal toma la forma de una línea larga homogénea con una resistencia característica calculada por formula general
Al comienzo de la línea (es decir, en la interfaz), las componentes tangenciales de las líneas magnética y vectores electricos debe satisfacer la relación indudable que se deriva directamente de la definición de resistencia característica:
Como se sabe, en la superficie de un conductor ideal. Aparece una componente tangencial distinta de cero en la interfaz en el caso de una conductividad grande pero finita. A pesar de lo pequeño de este valor (ya que en ), determina el flujo de energía hacia el metal utilizado para calentarlo.
si el eje z se dirige dentro del Entorno 2, y la interfaz coincide con el plano , luego en la interfaz, en consecuencia, se debe cumplir siguientes condiciones:
Con esta disposición de signos, como se puede comprobar fácilmente, el flujo del vector de Poynting correspondiente a las pérdidas de calor siempre estará dirigido en el sentido positivo del eje z. Usando condiciones de frontera de Leontovich en la forma 
o en el formulario, necesitas ver el componente tangente. vector magnético.
49. Interferencia en placas delgadas. 
50. 49. Interferencia en los anillos de Newton. 
Superficies retardantes
Una superficie de retardo (impedancia) es la interfaz entre medios en la que las componentes tangentes de los vectores E y H del campo EM alterno (que existe a ambos lados de este límite) están desplazadas en fase entre sí en 90°. Debido a esto, el flujo del vector de Poynting en la dirección normal a la superficie de desaceleración en promedio durante un período = 0, y la transferencia de energía por ondas EM sólo es posible en la dirección paralela a dicha superficie.
Al resolver problemas de límites de electrodinámica, a menudo se utiliza un parámetro llamado impedancia superficial (resistencia superficial) para caracterizar las interfaces. igual a la proporción amplitudes complejas de las componentes tangentes de los vectores E y H en esta superficie.
Módulo de resistencia superficial complejo
Argumento (fase) de resistencia superficial compleja.
Debido al cambio de fase entre las componentes tangentes de los vectores E y H en la superficie de desaceleración, su impedancia superficial es una cantidad puramente imaginaria. .
Si Z es positivo, entonces las ondas superficiales de clase E se propagan a lo largo de la superficie que se desacelera.
Si Z es negativo, entonces las ondas superficiales de clase H se propagan a lo largo de la superficie que se desacelera.
Las superficies planas de desaceleración pueden ser la interfaz entre dos dieléctricos que tienen diferentes constantes dieléctricas (aire - dieléctrico) y la interfaz entre un dieléctrico - una estructura metálica en peine (aire - una estructura metálica en peine).
Hasta ahora hemos hablado de ondas acústicas volumétricas que se propagan en el volumen de un sólido isotrópico. En 1885, el físico inglés Rayleigh predijo teóricamente la posibilidad de propagación de ondas acústicas superficiales, comúnmente llamadas ondas de Rayleigh, en una fina capa superficial de un cuerpo sólido que limita con el aire. En el problema de Rayleigh nos limitamos a la formulación del problema y su resultados finales. Existe un límite plano entre el vacío y el medio sólido isotrópico. La interfaz coincide con el plano, el eje se dirige profundamente hacia el medio sólido.
Los puntos de partida para resolver el problema son la ecuación de movimiento de Lamé (4) y la condición de frontera, donde nj son las componentes de la unidad normal a la superficie. En la frontera con el vacío Fuerzas externas Fi están ausentes y lo normal (Fig. 3) tiene un componente a lo largo de z.
Para ondas armónicas las ecuaciones de onda iniciales y las condiciones de contorno tomarán la forma
La solución se busca en forma de ondas armónicas planas que viajan a lo largo del eje x en un semiespacio sólido.
Para el efecto de superficie, las amplitudes deben disminuir a lo largo de la normal al límite.
El primer tipo de solución al problema planteado tiene la forma
donde B es la constante de amplitud determinada por las condiciones de excitación de la onda. Esta solución corresponde a una onda de corte volumétrica homogénea (sin disminución de amplitud a lo largo de la normal a la superficie) polarizada en la dirección perpendicular a la dirección propagación a lo largo de x y normal a la superficie. Esta onda es inestable en el sentido de que pequeñas desviaciones en la formulación del problema (por ejemplo, una carga en la capa superficial o la presencia de un efecto piezoeléctrico en el medio) pueden convertir esta onda en una onda superficial. El segundo tipo de solución al problema lo determina la onda superficial de Rayleigh.
Vectores de onda, y están interconectados debido a condiciones de borde y la onda de Rayleigh es una onda acústica compleja.
La velocidad de la onda de Rayleigh está dada por
Cuando la relación de Poisson cambia aproximadamente, la velocidad cambia de a. La velocidad depende sólo de propiedades elásticas cuerpo sólido y no depende de la frecuencia y la onda de Rayleigh no tiene dispersión. La amplitud de la onda disminuye rápidamente al aumentar la distancia desde la superficie. En una onda de Rayleigh, las partículas del medio se mueven según (14), (15) a lo largo de trayectorias elípticas, eje mayor La elipse es perpendicular a la superficie y la dirección del movimiento de las partículas en la superficie ocurre en sentido antihorario con respecto a la dirección de propagación de la onda. Las ondas de Rayleigh fueron descubiertas durante vibraciones sísmicas la corteza terrestre, cuando se registraron tres señales. El primero de ellos está asociado al paso de una onda longitudinal, la segunda señal está asociada a ondas transversales, cuya velocidad es menor que la de ondas longitudinales. Y la tercera señal es provocada por la propagación de ondas sobre la superficie terrestre. Además de las ondas, existen otros tipos de ondas acústicas superficiales (SAW). Ondas transversales superficiales en una capa sólida que se encuentra sobre un semiespacio elástico sólido (ondas de Love), ondas en placas (ondas de Lamb), ondas en superficies curvas, ondas en cuña, etc. La energía de los tensioactivos se concentra en una capa superficial estrecha con un espesor del orden de la longitud de onda que no experimentan (a diferencia de las olas masivas); grandes pérdidas a la divergencia geométrica en el volumen del semiespacio y por lo tanto pueden extenderse a largas distancias. Los surfactantes son fácilmente accesibles a la tecnología, como si "fueran fáciles de tomar". Estas ondas se utilizan ampliamente en acústicaelectrónica.
Ondas superficiales
Un dispositivo SAW típico, utilizado por ejemplo como filtro de paso de banda. La onda superficial se genera a la izquierda aplicando un voltaje alterno a través de conductores impresos. Donde Energía eléctrica se transforma en mecánico. Al moverse a lo largo de la superficie, la onda mecánica de alta frecuencia cambia. A la derecha, las pistas receptoras captan la señal, mientras conversión inversa energía mecánica a variable electricidad, a través de una resistencia de carga.
Ondas acústicas superficiales(tensioactivo): ondas elásticas que se propagan a lo largo de la superficie de un cuerpo sólido o a lo largo del límite con otros medios. Los tensioactivos se dividen en dos tipos: con polarización vertical y con polarización horizontal ( olas de amor).
Los casos especiales más comunes de ondas superficiales incluyen los siguientes:
- ondas de rayleigh(o Rayleigh), en el sentido clásico, propagándose a lo largo del límite de un semiespacio elástico con un vacío o un medio gaseoso bastante enrarecido.
- en la interfaz sólido-líquido.
- Ola stonley
- olas de amor- ondas superficiales con polarización horizontal (tipo SH), que pueden propagarse en la estructura de capas elásticas en un semiespacio elástico.
ondas de rayleigh
Las ondas de Rayleigh, teóricamente descubiertas por Rayleigh en 1885, pueden existir en un cuerpo sólido cercano a él. superficie libre bordeando el vacío. La velocidad de fase de tales ondas se dirige paralela a la superficie, y las partículas del medio que oscilan cerca de ella tienen componentes transversales, perpendiculares a la superficie y longitudinales del vector de desplazamiento. Estas partículas describen trayectorias elípticas en el plano durante sus oscilaciones, perpendicular a la superficie y pasando por la dirección velocidad de fase. Este plano se llama sagital. Las amplitudes de las vibraciones longitudinales y transversales disminuyen con la distancia desde la superficie hacia las profundidades del medio. leyes exponenciales con diferentes coeficientes de atenuación. Esto lleva al hecho de que la elipse se deforma y la polarización lejos de la superficie puede volverse lineal. La penetración de la onda de Rayleigh en la profundidad del tubo sonoro es del orden de la longitud de la onda superficial. Si se excita una onda de Rayleigh en un piezoeléctrico, entonces existirá una onda lenta tanto dentro como encima de su superficie en el vacío. campo eléctrico causado por el efecto piezoeléctrico directo.
Utilizado en pantallas táctiles con ondas acústicas superficiales.
Ondas de Rayleigh amortiguadas
Ondas amortiguadas tipo Rayleigh en la interfaz sólido-líquido.
Onda continua con polarización vertical.
Onda continua con polarización vertical., corriendo a lo largo del límite de un líquido y un sólido con una velocidad
Ola stonley
Ola stonley, propagándose a lo largo del límite plano de dos medios sólidos, cuyos módulos elásticos y densidad no difieren mucho.
olas de amor
Enlaces
- Enciclopedia física, vol. 3 - M.: Bolshaya Enciclopedia rusa p.649 y p.650.
Fundación Wikimedia. 2010.
- Ondas acústicas superficiales
- Ondas elásticas superficiales
Vea qué son las “ondas superficiales” en otros diccionarios:
ONDAS SUPERFICIALES- ondas electromagnéticas que se propagan a lo largo de una determinada superficie y tienen una distribución de campos E y H que disminuye con bastante rapidez a medida que uno se aleja de ella hacia un lado (PV unilateral) o hacia ambos lados (PV verdadero). C. unilateral v. surge... Enciclopedia física
ONDAS SUPERFICIALES- (ver), que surge en la superficie libre de un líquido o se extiende a lo largo de la interfaz de dos líquidos inmiscibles bajo la influencia causa externa(viento, piedra lanzada, etc.), desequilibrando la superficie... ... Gran Enciclopedia Politécnica
ondas superficiales- - Temas Industria de petróleo y gas ES ondas superficiales…
ONDAS SUPERFICIALES- ondas que se propagan a lo largo de la superficie libre de un líquido o en la interfaz de dos líquidos inmiscibles. surgen bajo la influencia de factores externos influencia (por ejemplo, el viento) que elimina la superficie del líquido de estado de equilibrio. EN… … Gran Diccionario Politécnico Enciclopédico
Ondas superficiales- Ondas elásticas que se propagan a lo largo de la superficie libre de un cuerpo sólido o a lo largo del límite de un cuerpo sólido con otros medios y se atenúan con la distancia desde el límite. El más simple y al mismo tiempo el más frecuente en la práctica P. en ... Gran enciclopedia soviética
ondas de interferencia superficial- - Temas: industria del petróleo y el gas EN rollos de tierraruido de onda superficial ... Guía del traductor técnico
ONDAS ACÚSTICAS DE SUPERFICIE- (tensioactivo), ondas elásticas que se propagan a lo largo de la superficie libre de un sólido. cuerpo o a lo largo del borde del televisor. cuerpos con otros medios y atenuando con la distancia de los límites. Hay dos tipos de tensioactivos: con polarización vertical, que tienen oscilaciones vectoriales. desplazamiento h c… … Enciclopedia física
ondas de rayleigh- ondas acústicas superficiales. Debe su nombre a Rayleigh, quien teóricamente los predijo en 1885. Contenido 1 Descripción 2 Cuerpo isotrópico ... Wikipedia
olas de amor- Las ondas del amor son una onda elástica con polarización horizontal. Puede ser tanto volumétrico como superficial. Debe su nombre a Love, quien estudió este tipo de ondas en aplicación a la sismología en 1911. Contenido 1 Descripción ... Wikipedia
Ondas acústicas superficiales- Un dispositivo SAW típico basado en un convertidor anti-peine utilizado como filtro de paso de banda. Una onda superficial se genera a la izquierda mediante la aplicación de un voltaje alterno a través del pro... Wikipedia
Libros
- Fenómenos ondulatorios en medios con dispersión, Kuzelev M.V.. El libro presenta consistentemente los fundamentos de la física. fenómenos ondulatorios en medios dispersivos, incluidos los disipativos y de desequilibrio. Basado en los conceptos de función de dispersión y dispersión...
Los surfactantes pueden existir cerca de la superficie libre de un sólido o cerca de la interfaz entre dos diferentes cuerpos. Hay cinco tipos de tensioactivos.
ondas de rayleigh, teóricamente descubierto por Rayleigh en 1885, puede existir en un cuerpo sólido cerca de su superficie libre que bordea el vacío. La velocidad de fase de tales ondas se dirige paralela a la superficie, y las partículas del medio que oscilan cerca de ella tienen componentes transversales, perpendiculares a la superficie y longitudinales del vector de desplazamiento. Durante sus oscilaciones, estas partículas describen trayectorias elípticas en un plano perpendicular a la superficie y que pasa por la dirección de la velocidad de fase. Este plano se llama sagital. Las amplitudes de las vibraciones longitudinales y transversales disminuyen con la distancia desde la superficie al medio según leyes exponenciales con diferentes coeficientes de atenuación. Esto lleva al hecho de que la elipse se deforma y la polarización lejos de la superficie puede volverse lineal. La penetración de la onda de Rayleigh en la profundidad del tubo sonoro es del orden de la longitud de la onda superficial. Si se excita una onda de Rayleigh en un piezoeléctrico, tanto dentro como por encima de su superficie en el vacío habrá una onda de campo eléctrico lenta causada por el efecto piezoeléctrico directo.
Olas de Stoneleigh(o Stonley), que llevan el nombre del científico que las descubrió en 1908, se diferencian de las ondas de Rayleigh en que pueden existir cerca de la interfaz de dos medios sólidos en contacto acústico. Cuando se propaga una onda de Stoneley, en las oscilaciones participan partículas de ambos medios. Al mismo tiempo, al igual que en una onda de Rayleigh, realizan un movimiento elíptico en el plano sagital. Las profundidades de penetración de las ondas de Stoneley en los medios en contacto son del orden de la longitud de onda superficial.
Gulyaev - Ondas de Bluestein(Blyukshtein) fueron descubiertos en 1968 en la URSS por Yu.V. e independientemente en Estados Unidos por Bluestein. Tienen dos signos característicos. En primer lugar, existen sólo en cristales piezoeléctricos cerca del límite libre y, en segundo lugar, las partículas del medio experimentan puramente vibraciones transversales en una dirección paralela a la superficie (polarización "horizontal"). Las ondas de Gulyaev-Blustein penetran en el medio oscilante más profundamente que las ondas de Rayleigh y Stoneley. La profundidad de su penetración en el volumen de un cuerpo sólido es del orden de magnitud. λ sonido ε / k 2
, donde ε- la constante dieléctrica, k
- coeficiente de acoplamiento electromecánico (ver más abajo). Gracias al efecto piezoeléctrico directo, la onda de Gulyaev-Blustein va acompañada de una onda de campo eléctrico lenta en el vacío sobre la superficie del piezoeléctrico.
Olas de Marfeld - Tournois, descubiertas en 1971, se diferencian de las ondas de Gulyaev-Blustein en que pueden existir cerca de la interfaz de dos piezoeléctricos en contacto. Estos tensioactivos también son puramente cortantes y tienen polarización "horizontal".
Olas de amor (1926) esparcir en una fina (aproximadamente λ sonido) una capa de una sustancia depositada sobre un sustrato en el que la velocidad del sonido es mayor que en la capa. Estas ondas puramente de corte tienen polarización "horizontal" y penetran el sustrato hasta una profundidad del orden de λ sonido. Tienen dispersión; su velocidad se encuentra entre las velocidades del sonido en la capa y en el sustrato.
1.3. Ondas guiadas y canalizadas. Representantes guía de ondas Los modos acústicos son ondas en placas o películas delgadas, cuyas superficies están libres y el espesor es del orden de la longitud. onda elástica. En este caso, la placa realiza las funciones de una guía de ondas plana y las ondas mismas son esencialmente ondas normales en ella. Estas últimas recibieron el nombre de ondas de Lamb en honor al científico que las descubrió en 1916. El vector de desplazamiento en una onda de Lamb tiene componentes tanto longitudinales como transversales, siendo la componente transversal normal a las superficies de la guía de ondas.
Otros representantes de los modos de guía de ondas son las ondas acústicas normales en varillas delgadas de varios perfiles (redondas, rectangulares, etc.). canalizado Las ondas acústicas son aquellas ondas que pueden propagarse tanto a través de canales a lo largo de ranuras y protuberancias de varios perfiles (rectangulares, triangulares, semicirculares, etc.) realizados en la superficie libre (no necesariamente plana) de un cuerpo sólido, como a lo largo del ángulo espacial. Formado por tubos sonoros de dos caras. Para la práctica, resultan atractivos porque se pueden utilizar en circuitos integrados acústicos.
2. ECUACIONES QUE DESCRIBEN ELECTROMECÁNICOS
PROCESOS EN PIEZOELÉCTRICOS
Las ondas acústicas de superficie (SAW) se utilizan ampliamente en el desarrollo de filtros y líneas de retardo utilizados en dispositivos de ingeniería de radio. EN Últimamente Los tensioactivos también se utilizan en el desarrollo de transductores de medida.
Se conocen varios tipos de tensioactivos; en la práctica, los más utilizados son las ondas de Rayleigh. Desplazamiento de partículas sólidas durante la propagación de la onda Rayleigh en la dirección del eje. X ilustrado en la Fig. 2-22, A. Como se puede ver en la Fig. 2-22, A, las ondas se propagan cerca del límite de un cuerpo sólido y se atenúan casi por completo a distancia z desde la superficie, aproximadamente igual a la longitud de onda l. Una de las principales razones del creciente interés por los tensioactivos es precisamente la concentración de energía en capa delgada, ya que gracias a esto, a la tecnología de fabricación del elemento tensioactivo solo se le impone un requisito: un procesamiento cuidadoso de la superficie de trabajo a lo largo de la cual se propaga la onda acústica.
Para excitar el tensioactivo, se aplican peines de electrodos consecutivos a la superficie del elemento piezoeléctrico (Fig. 2-22, b), que son un convertidor interdigital (IDC) que tiene un paso yo 0 = 1. Cuando se conecta voltaje a los electrodos IDT, debajo de ellos, debido al efecto piezoeléctrico inverso, se producen desplazamientos de partículas y aparece un surfactante que se propaga en ambas direcciones. Si la longitud de onda coincide con el tono IDT, entonces, debido a la superposición de oscilaciones que surgen bajo cada par de electrodos, la energía SAW total alcanza un máximo; si la longitud de onda no coincide con el tono IDT, la energía SAW disminuye y en una cierta relación entre l y yo 0 fuera del IDT se puede extinguir por completo.
Para recibir energía surfactante se utiliza un segundo IDT, que también tiene una brea. igual a la longitud ondas. Debido al efecto piezoeléctrico directo, aparecen cargas en los electrodos del IDT receptor y aparece tensión. La línea de retardo consta de un IDT de entrada y salida. En una primera aproximación, ambos IDT pueden considerarse como electrodos locales ubicados a una distancia L, igual a la distancia entre centros geométricos VSHP. El tiempo de retardo t es igual al tiempo de paso de la onda acústica entre los IDT, es decir
t= L/u,
donde u = – velocidad de propagación del surfactante; E ij– constante de elasticidad; r es la densidad del material.
En cuarzo Y-la velocidad de corte de propagación del tensioactivo es u= 3159 m/s; así, con l= 10 mm el tiempo de retardo es de aproximadamente 3 µs. La longitud de onda l está determinada por la velocidad de propagación u y la frecuencia de excitación de la onda y es l= u /F. Tecnología moderna proporciona la capacidad de crear IDT con pasos hasta yo 0 = 10 µm; por tanto, las frecuencias de funcionamiento de las SAW pueden estar en el rango de hasta 300 MHz.
La estructura tensioactiva se puede utilizar como elemento de ajuste de frecuencia de un autooscilador (Fig. 2-22, V); en este caso, como se desprende de la condición de equilibrio de fase (desplazamientos de fase en circuitos electricos descuidado), a lo largo de la longitud l debe caber un número entero de ondas. La característica de frecuencia de fase de la línea de retardo se define como j (w) = –wt. El valor del factor de calidad equivalente está determinado por la fórmula:
y asciende a q eq = pw 0 t l/(2l).
Longitud l limitado por el tamaño de la estructura del surfactante y la atenuación de la energía del surfactante y no excede l= 500 litros ; por tanto, el factor de calidad es igual a q equiv » 10 3 .
El cambio del tiempo de retardo de la estructura del tensioactivo bajo la influencia de factores externos se utiliza en los convertidores de medida con salida de frecuencia. Cuando t cambia, el cambio relativo en la frecuencia del generador es
Dw/w 0 =–Dt/t 0 .
Cambio en el tiempo de retraso t = L/u determinado por el cambio de longitud l y la velocidad de fase u es igual a
Dt/t=D LIL–DE ij /(2Eij) + Dr/(2r).
Puede ocurrir un cambio en el tiempo de retardo debido a la deformación mecánica de la estructura del surfactante, bajo la influencia de la temperatura, cuando se carga la superficie con películas delgadas (espesor de la película h" < 0,1 l), при изменении зазора d между поверхностью распространения ПАВ и токопроводящим экраном (d < 1). En consecuencia, los convertidores para medir cantidades mecánicas(Dt/t – hasta 1%), temperatura (Dt/t – hasta 1%), microdesplazamientos, para micropesaje y estudio de los parámetros de películas delgadas (Dt/t – hasta 10%). Con un sistema de excitación sin contacto, los transductores SAW también se pueden utilizar para medir el movimiento de un objeto que provoca el movimiento de uno de los IDT y provoca un cambio. l.
