Transiente de Ondas Planas num Meio Homogêneo
Objetivo
Já mostramos que em um meio homogêneo, os sinais eletromagnéticos no domínio do tempo se comportam de acordo com a equação wave. Aqui, discutimos as propriedades das soluções de ondas planas transitórias no domínio do tempo. O conteúdo educacional é aumentado usando :ref: aplicativos interativos<apps_index> fornecidos para responder a um conjunto de questões fundamentais. Também discutimos as relações entre os campos elétricos e magnéticos transportados por ondas planas. O conteúdo aqui é paralelo aos materiais fornecidos em muitos recursos de EM (consulte [Gri99, Str41, WH88]).
Introdução
Nós mostramos anteriormente que em meios homogêneos, a propagação de sinais eletromagnéticos no domínio do tempo é governada pela equação de onda. Uma solução para essa equação é uma onda plana, onde os campos elétricos e magnéticos ficam em um plano 2D e a onda se propaga em uma direção perpendicular a esse plano. Fisicamente, as soluções de ondas planas oferecem boas aproximações para o que está acontecendo longe de fontes eletromagnéticas. Como resultado, as ondas planas formam uma base primária para a compreensão dos comportamentos fundamentais de muitos fenômenos eletromagnéticos.
Figura 48 Geometria de onda plana EM propagando-se para baixo.
Aqui, exploramos a propagação de ondas planas no domínio do tempo (para sinais de impulso). O conteúdo fornecido aqui se assemelha a materiais de muitos recursos EM (consulte [WH88] [Gri99] [Str41]). Um aplicativo é fornecido para permitir que você explore os conceitos de comprimento de onda, atenuação e outros aspectos dos campos EM propagados. Para complementar o aplicativo, questões são fornecidas para promover a aprendizagem interativa. O recurso é ampliado com derivações e equações que quantificam as informações aprendidas com o uso dos aplicativos.
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Tópicos em Ondas Planas
Existem inúmeras propriedades que podem ser usadas para entender a propagação de ondas planas no domínio do tempo. Compreender essas propriedades é muito importante, pois elas podem ser usadas para descrever o comportamento das ondas EM em casos mais gerais. Aqui, discutiremos as seguintes propriedades:
Distância do Pico (Distância de Difusão): A distância em que a uma onda plana derada por um impulso experimenta seu pico em amplitude.
Tempo de Pico: O tempo a em que a onda plana experimenta seu pico de amplitude.
Velocidade de Pico: A velocidade da onda plana em sua amplitude máxima.
Uma compreensão fundamental da propagação das ondas planas no domínio do tempo pode ser obtida usando o TDEM Planewave Wholespace App (Figura 40); que permite ao usuário simular os campos elétricos e magnéticos suportados por uma onda plana de propagação para baixo. O aplicativo permite que o usuário explore os efeitos de diferentes parâmetros (por exemplo, condutividade, localização do observador, tempo) e responda a um conjunto de questões fundamentais. Por exemplo, suponha que uma excitação por impulso envie um sinal de onda plana EM para a Terra e que o solo tenha uma condutividade de 1 S / m.
Qual é o pico da amplitude (amplitude máxima) em \(t\) = 0.01 s?
Em qual tempo o pico de amplitude da onda atravessa 600 m de profundidade?
Uma série de perguntas adicionais que podem ser respondidas usando o aplicativo são encontradas aqui.
Figura 49 Screen shot do app TDEM planewaves wholespace.
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