マイクロ波(阿部英太郎著 東海大学出版)の本の内容について質問です。金属内部に電磁波が侵入した場合、そのエネルギーは伝播するにつれて減衰し、その分のエネルギーが熱エネルギーに変わると言うところまでは解かりました。さらにそのエネルギーはポインティングベクトルを積分して求められる、というのも理解できるのですが、なぜ”表面抵抗”というのを定義する必要があるのでしょうか?
また、金属内に電磁波が侵入する問題についてわかりやすい本があったら教えてください。

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A 回答 (3件)

tnt さんが仰っておられるように


金属内部では電流が流れているので
抵抗を定義するのは自然だと思います。

また、表面という言葉ですが
この電流は金属表面にしか流れていないところからきています。
金属表面付近の自由電子が電磁場の影響を受けて振動するわけですから、
表面から遠ざかるにつれてその効果が薄れていくのはイメージできますね。
金属表面での振幅の 1/e に減衰する距離を skin depth (日本語は忘れました)といい、良導体の場合
 δ≒√(2/gμω)
となります。ただし、gは伝導率、μは透磁率、ωは電磁波の角振動数です。
手元の電磁気の本にある数値では、銀の場合 g=3*10^7(1/Ωm)で
振動数ν=3*10^9(Hz)のマイクロ波のとき
 δ≒5*10^(-6) (cm)
程度となっています。
この程度の銀の膜を導波管の内壁にコーティングすればジュール熱による損失を
押さえることが出来るということですね。
また、潜水艦などに低周波が用いられるのも同じような理由から
海水の伝導率を考えるとラジオ波(10^6Hz)などでは深くまで電磁波が届かないという理由からです。

skin depth などの話であれば一般的な電磁気の教科書には
載っていると思いますよ。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。またよろしくお願いします。

お礼日時:2001/05/10 10:43

特に表面抵抗と呼ぶのは,普通の抵抗と振る舞いが違うからでしょう.


普通の抵抗なら,断面積を2倍にすれば抵抗は 1/2 になります.
ところが,今の話は電流が表面しか流れないのですから,
導体の厚さが skin depth より厚くなってしまえば,
断面積でなくて周囲の長さに比例する抵抗になります.
つまり,実効的抵抗はずいぶん大きくなります.
強磁性体ではμが大きいのでδが小さくなりますので,
強磁性体の導線は特に実効抵抗が大きくなります.

skin depth は「表皮深さ」「表皮厚さ」「侵入深さ」などと呼んでいます.

なお,純度の高い金属を低温にすると,電子の平均自由行程がδより大きくなり,
電磁波の侵入が通常の場合よりずっと深くなります.
こちらは異常表皮効果と呼ばれています.
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この回答へのお礼

ありがとうございました。またよろしくお願いします。

お礼日時:2001/05/10 10:42

導体内には一般的な意味での電磁波は存在できません。


存在するのは、高周波電流ですね。

電磁波はエネルギー場ですが、導体内では単なる電流になります。
で、この換算には抵抗が定義されていなくてはいけません。

金属内に電磁波が侵入する..... というのは、
ちょっと答えようがないです。
侵入はしないし(エネルギー伝達はされますが)、
シールドの話なら金属内 ではないし、
というわけです。
金属内では、電磁波そのものは定義されませんので、
(表面の電磁波分布は定義されます)
ごく普通に高周波電流の専門書を読めばわかると思います。
または、sonnetのような、解析ソフトが付いた本が
いろいろ売られています。Sonnet自体も、フリーソフトの
バージョンがあります。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。またよろしくお願いします。

お礼日時:2001/05/10 10:44

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<<どなたか僕の間違った理論を正してください。>>

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----
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No.1です。再度回答失礼します。

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方や、双方がピークになる点で電磁場のエネルギー密度がピークになることが起こり、エネルギーが生まれたり消滅したりを繰り返すことになります。

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もっと良く考えてください。
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宜しくお願いいたします

Aベストアンサー

海水の塩分濃度はおよそ35‰ つまり3,5%

です。

したがって10リットルの水に350グラムを溶かせばいいです。

重量パーセントとか 容積パーセントとか こまかいことは抜きです。

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Aベストアンサー

No.4です。
古典論は具体的なイメージを描きやすいのですが、正確さという点では限界があります。

量子力学の範囲でのイメージは以下の様なものです。
・電子は、低エネルギーの基底状態と、高エネルギーの励起状態の2つのエネルギー状態をとることが出来る物とする
・電磁波は光子の集団である
・個々の光子は、波長に反比例し、周波数に比例する決まったエネルギーを持つ
・基底状態にある電子は、基底状態と励起状態とのエネルギー差に一致する光子がきた場合、それを吸収して励起状態になることができる
(これを実遷移と呼ぶ)
・電子が1つ励起状態になると、光子が1つ減る。
・エネルギー保存則から、状態間のエネルギー差と、光子のエネルギーは一致する。つまり、別のエネルギーの光子は実遷移を起こす事が出来ない
・電子は励起状態に一定時間とどまる事が出来る
・励起状態に有る電子は、寿命がくると光子を放出して基底状態に戻る
・ここで放出される光子のエネルギーは、エネルギー保存則から吸収された光子のエネルギーと一致する

ここまでは、一般の量子力学の講義で良く聞く話かと思います。
屈折率を考えるには、以下で説明するエネルギーがずれた光子の挙動が重要になります。
・エネルギーと時間の不確定性関係と呼ばれるものが存在する。これは以下の式で表す事が出来る
(エネルギーの不確実さ)×(時間の不確実さ)~(一定)
・つまり、時間の不確実さが少ないと、エネルギーの不確実さが増える
・短時間とは時間の不確実さが少ないことに対応する
・したがって、短時間であれば本来のエネルギーとずれたように振る舞うことができる
・このエネルギーの不確実さを利用して、電子はエネルギーのずれた光子を吸収して励起状態になることができる
・ところが、励起状態にとどまる事はエネルギー保存則から許されない。そのため、不確定性関係で決まった時間がくると、かならず光子を放出して基底状態に戻る
・この時放出される光子は、エネルギー保存則から吸収された光子のエネルギーと同じエネルギーを持つ
・つまり不確定性原理で決まった時間以上のスケールで観測しても、光子は物質に吸収されなかったように見える。このような遷移を仮想遷移と呼ぶ

・しかしながら、不確定性原理で決まった時間だけ光子は吸収されていたため、光子の位相がずれる
・この光子の位相のずれが、巨視的には光の速度の遅れに見える。これを表す量が屈折率である
・実遷移を起こすエネルギーから光子のエネルギーが離れるほど、大きなエネルギーの不確実さが要求される。したがって、時間の不確実さは小さくなる。そのため、吸収が起こるエネルギーの近傍で屈折率は大きく変化する

ここで、基底状態と励起状態のエネルギー差に相当する周波数が、古典論の固有振動に対応します。実際の物質では、基底状態と励起状態は一組ではなく、多く存在します。例えば価電子帯と伝導帯(いわゆるバンドギャップ)、分子の振動状態の違いなど。実際の屈折率は、これらすべての実遷移の影響を足し合わせたもので決まっています。

 なお、量子力学と電磁気学を統合した量子電磁気学の範囲でこの問題を扱ったものとして、ファインマン著『光と物質のふしぎな理論―私の量子電磁力学』が岩波現代文庫から出版されています。この本は、一般の方むけの講演をもとにしており、数式は最小限に抑えられていて、非常に読みやすくなっています。ご一読をお勧めします。

No.4です。
古典論は具体的なイメージを描きやすいのですが、正確さという点では限界があります。

量子力学の範囲でのイメージは以下の様なものです。
・電子は、低エネルギーの基底状態と、高エネルギーの励起状態の2つのエネルギー状態をとることが出来る物とする
・電磁波は光子の集団である
・個々の光子は、波長に反比例し、周波数に比例する決まったエネルギーを持つ
・基底状態にある電子は、基底状態と励起状態とのエネルギー差に一致する光子がきた場合、それを吸収して励起状態になることがで...続きを読む

Q海水の塩分濃度分布について

フィリピン東側の北緯15度付近には塩分濃度の境界があって、北側では塩分が濃く、南側では薄くなっているのが普通であるとのことです。どうしてそのようになっているのでしょうか?

また、塩分濃度分布を見ることができるサイトなどご存知でしたら、教えていただけると嬉しいです。

Aベストアンサー

全くの素人が、高校時代の資料(「社会科地図」と「図表地学」)とにらめっこして推論(笑):

1)水塊の違い:
フィリピン東岸北側の海水が北西太平洋中央水に属するのに対して、南側はモルッカ諸島を経由したインド洋赤道水が流れ込んでいる?
(大陸から流れ込む真水の違いで、後者の方が低塩濃度)
・・・「モルッカ諸島を経由」というのがかなり苦しいですが。

2)湧昇流:
フィリピン東岸の北緯15度となると、目をひくのが「フィリピン海溝(北緯10度ほどを中心に南北にのびる)」。
フィリピン東岸には赤道反流の強い海流が当たっていますので、表層に比べ塩濃度の低いフィリピン海溝上層の海水が、この海流に引きずられる形で湧昇流となり、付近の塩濃度を下げている?
(海水の蒸発との関連から、塩濃度は表層が最も高い(但し、kaoriaさんご専門の大気での気温などと同様、この塩濃度と深度の関係も複数の変曲点を持つので、常に下層ほど薄いというわけではありません))

手元の資料を見る限り、フィリピン東岸での塩濃度境界は確認できないので(資料は世界地図レベル)、局地的な現象ではないかということから考えても、「2」の可能性が高いのではないかと思いますが、いかがでしょうか?

全くの素人が、高校時代の資料(「社会科地図」と「図表地学」)とにらめっこして推論(笑):

1)水塊の違い:
フィリピン東岸北側の海水が北西太平洋中央水に属するのに対して、南側はモルッカ諸島を経由したインド洋赤道水が流れ込んでいる?
(大陸から流れ込む真水の違いで、後者の方が低塩濃度)
・・・「モルッカ諸島を経由」というのがかなり苦しいですが。

2)湧昇流:
フィリピン東岸の北緯15度となると、目をひくのが「フィリピン海溝(北緯10度ほどを中心に南北にのびる)」。
フィリピン東岸には赤道反...続きを読む

Q図に示すπ形抵抗減衰器の減衰量(電圧)の値を14dBとしたい。このとき

図に示すπ形抵抗減衰器の減衰量(電圧)の値を14dBとしたい。このときRの値として最も近いものを下の番号から選べ。ただし、log5≒0.7とする。

答えは120Ωになるのですが、計算方法がわかりません。
ご教授願います…。

Aベストアンサー

>減衰量(電圧)の値を14dBとしたい

-14dB、つまり約5分の1の電圧にしたい、という事ですね。
(電圧比 2倍≒6dB)
log 5 ≒ 0.7 → -(log 5 ) x 20 ≒ -14 [dB]

「どことどこを?といえば、それは
「入力抵抗」の2端子に電圧を与えると、その5分の1の電圧が
「負荷抵抗」の2端子に現れるようにしたい、という事です。

回路図を変形すると少し見やすくなります。(添付図)
75Ωと「負荷抵抗50Ω」の並列接続の合成抵抗は30Ωです。

単純に、R と 30Ω で分圧されると 30Ωの両端が5分の1ということは
R:30Ω = 4:1 という事なので、R=120Ωだとわかります。

もう1つの75Ω抵抗は、分圧には関係ありません。
が、「減衰回路を入れてもトータルの負荷抵抗が50Ωになるように」
この値が使われます。全体の合成抵抗を求めてみれば、ちゃんと50Ωになります。
尚、π型はどちら方向でも合成負荷抵抗値が同じく50Ω、減衰率が同じく-14dBになる、
という特徴がある減衰回路です。


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