1

المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الفيزياء

علماء الفيزياء

الفيزياء الكلاسيكية

الميكانيك

الديناميكا الحرارية

الكهربائية والمغناطيسية

الكهربائية

المغناطيسية

الكهرومغناطيسية

علم البصريات

تاريخ علم البصريات

الضوء

مواضيع عامة في علم البصريات

الصوت

الفيزياء الحديثة

النظرية النسبية

النظرية النسبية الخاصة

النظرية النسبية العامة

مواضيع عامة في النظرية النسبية

ميكانيكا الكم

الفيزياء الذرية

الفيزياء الجزيئية

الفيزياء النووية

مواضيع عامة في الفيزياء النووية

النشاط الاشعاعي

فيزياء الحالة الصلبة

الموصلات

أشباه الموصلات

العوازل

مواضيع عامة في الفيزياء الصلبة

فيزياء الجوامد

الليزر

أنواع الليزر

بعض تطبيقات الليزر

مواضيع عامة في الليزر

علم الفلك

تاريخ وعلماء علم الفلك

الثقوب السوداء

المجموعة الشمسية

الشمس

كوكب عطارد

كوكب الزهرة

كوكب الأرض

كوكب المريخ

كوكب المشتري

كوكب زحل

كوكب أورانوس

كوكب نبتون

كوكب بلوتو

القمر

كواكب ومواضيع اخرى

مواضيع عامة في علم الفلك

النجوم

البلازما

الألكترونيات

خواص المادة

الطاقة البديلة

الطاقة الشمسية

مواضيع عامة في الطاقة البديلة

المد والجزر

فيزياء الجسيمات

الفيزياء والعلوم الأخرى

الفيزياء الكيميائية

الفيزياء الرياضية

الفيزياء الحيوية

الفيزياء العامة

مواضيع عامة في الفيزياء

تجارب فيزيائية

مصطلحات وتعاريف فيزيائية

وحدات القياس الفيزيائية

طرائف الفيزياء

مواضيع اخرى

علم الفيزياء : مواضيع عامة في الفيزياء : مواضيع اخرى :

Lowest Mode of Rectangular Wave Guide

المؤلف:  Sidney B. Cahn Boris E. Nadgorny

المصدر:  A GUIDE TO PHYSICS PROBLEMS

الجزء والصفحة:  part 1 , p 74

9-8-2016

1831

Lowest Mode of Rectangular Wave Guide

Consider a rectangular wave guide, infinitely long in the direction, with a width (x direction) of a and a height (y direction) of b (a > b) (see Figure 1.1). The walls are perfect conductors.

Figure 1.1

a) What are the boundary conditions on the components of B and E at the walls?

b) Write the wave equation which describes the E and B fields of the lowest mode.

Hint: The lowest mode has the electric field in the y direction only.

c) For the lowest mode that can propagate, find the phase velocity and the group velocity.

d) The possible modes of propagation separate naturally into two classes. What are these two classes and how do they differ physically?

SOLUTION

a) Because the walls are perfectly conducting, we have for E and B the boundary conditions

where n is normal to the wall, or in terms of Ez (Bz) (z is the direction of wave propagation)

(1)

b) Starting from the sourceless Maxwell equations in vacuum

(2)

(3)

(4)

(5)

and substituting E (r, t) = E (r) exp (-ωt) (same for B), we obtain

(6)

(7)

(8)

(9)

The field dependence on may be written in the form f(z) = exp [i (kz – ωt)], where k is the wave vector for the wave transmitted in the z direction. Using the fact that the electric field of the lowest mode is in the y direction only, we have, from (6)–( 7),

(10)

(11)

(12)

(13)

From (12), Bz = B (x) exp (ikz), and substituting (10) into (13), we obtain

(14)

(15)

where

(16)

Using  and Bx from (14), we get a differential equation for Bz

(17)

or

(18)

The solution of this equation satisfying the boundary conditions

is Bz = B0 cos γx with γ = π/a. So the field in the wave guide in this mode from (14)– (15)

(19)

(20)

(21)

c) The dispersion relation for the lowest mode is found from (16):

(22)

The phase velocity v is

(23)

The group velocity u is

(24)

d) The waves propagating in the wave guides can be divided into two classes: TE (transverse electric, Ez = 0) as is the case in this problem, and TM (transverse magnetic, Bz = 0).

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي