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भौतिकी · शब्दावली

सम्मिश्र तरंग-संख्या: संचरण और क्षीणन क्या है?

परिभाषा 8.3 विश्वविद्यालय भौतिकी — वर्ष 2 · अध्याय 8 — परिक्षेपण और तरंग-पुंज

जब परिक्षेपण संबंध वास्तविक ω\omega के लिए कोई सम्मिश्र k=kik\underline k = k' - \iu k'' देता है, तब तरंग

s=Aekxei(ωtkx):\underline s = A\,\eu^{-k''x}\,\eu^{\iu(\omega t - k'x)} :

होती है: वह vφ=ω/kv_\varphi = \omega/k' से संचरित होती है और उसका आयाम ex/δ\eu^{-x/\delta} की तरह क्षय होता है, जहाँ क्षीणन लंबाई δ=1/k\delta = 1/k'' है (उसे अपनी संचरण-दिशा में क्षय होना चाहिए: अतः kk' और kk'' एक ही चिह्न के)। यदि k\underline k शुद्ध काल्पनिक हो, k=iκ\underline k = -\iu\kappa, तो तरंग क्षयी है: AeκxeiωtA\,\eu^{-\kappa x}\eu^{\iu\omega t}, अर्थात् कोई अप्रगामी दोलन जिसका आयाम 1/κ1/\kappa दूरी में मर जाता है और जो कुछ भी संचरित नहीं करता — यही अपने कटाव से नीचे क्लाइन–गॉर्डन माध्यम की दशा है, κ=ωc2ω2/c\kappa = \sqrt{\omega_c^2 - \omega^2}/c, और प्रकाशिक आवृत्तियों पर किसी धातु की।

उदाहरण

उदाहरण 8.4 (अवमंदित तार)

किसी श्यान तरल में तार, μt2y+αty=Tx2y\mu\partial_t^2y + \alpha\partial_ty = T\partial_x^2y: k2=(ω2iαω/μ)/c2\underline k^2 = (\omega^2 - \iu\alpha\omega/\mu)/c^2। दुर्बल अवमंदन (αμω\alpha \ll \mu \omega) के लिए kωc(1iα2μω)\underline k \approx \dfrac\omega c\Bigl(1 - \iu\dfrac{\alpha}{2\mu\omega}\Bigr): अर्थात् तरंग अपनी चाल बनाए रखती है और δ=2μc/α=2Z/α\delta = 2\mu c/\alpha = 2Z/\alpha में आयाम खोती है, और वह भी आवृत्ति से स्वतंत्र — अर्थात् कोई क्षयकारी, अपरिक्षेपी हानि, प्रति δ\delta लंबाई 8.7dB8.7\,\mathrm{dB}

उदाहरण 8.11 (तीन केबलें)

1858 की अटलांटिक-पार केबल: गटापर्चा में लिपटा एक ही ताँबे का तार, R3Ω/kmR \approx 3\,\Omega/\mathrm{km}, Γ0.3µF/km\Gamma \approx 0.3\,\text{µ}\mathrm{F}/\mathrm{km}, L=3000kmL = 3000\,\mathrm{km}: RΓ=9×1010s/m2R\Gamma = 9 \times 10^{-10}\,\mathrm{s}/\mathrm{m}^{2} और प्रति बिंदु RΓL28sR\Gamma L^2 \approx 8\,\mathrm{s}: अर्थात् एक शब्द प्रति मिनट; और संकेत को 2kV2\,\mathrm{kV} से ज़ोर देकर भेजने की चलाने वालों की कोशिशों ने कुछ ही सप्ताहों में विद्युतरोधन नष्ट कर दिया। हेविसाइड का प्रतिबंध पूरा करने के लिए प्रति 2km2\,\mathrm{km} कुंडलियों से भारित कोई दूरभाष-रेखा (1900): सैकड़ों किलोमीटर तक साफ़ बात। और कोई आधुनिक 50Ω50\,\Omega समाक्ष केबल: c=2×108m/sc = 2 \times 10^{8}\,\mathrm{m}/\mathrm{s}, Λ=0.25µH/m\Lambda = 0.25\,\text{µ}\mathrm{H}/\mathrm{m}, Γ=100pF/m\Gamma = 100\,\mathrm{pF}/\mathrm{m}, और चालकों में त्वचा-प्रभाव के कारण (अध्याय 14) f\sqrt f की तरह बढ़ता क्षीणन: 100MHz100\,\mathrm{MHz} पर प्रति सौ मीटर कुछ डेसिबल

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