Термические эффекты воздействия электромагнитного излучения на проводящие частицы, интегрированные в диэлектрическую среду

 

П. С. Глазунов ¹, В. А. Вдовин ², А. И. Слепков ¹

¹ Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, физический факультет, кафедра общей физики

² Институт радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова РАН

 

Статья поступила в редакцию 6 июля 2016 г.

 

Аннотация. В работе проводится теоретическое исследование воздействия электромагнитного излучения на неоднородные среды типа «проводящие частицы в диэлектрике», а именно изучаются термические эффекты воздействия. Рассматриваются две идеализированные модели: первая представляет собой два полупространства «металл-диэлектрик», вторая - проводящий шар в диэлектрике. Считается, что напряженность электрического поля связана с токами проводимости законом Ома в дифференциальной форме, а функцию объемных источников тепла можно найти из закона Джоуля-Ленца. Для обеих моделей решается задача о прохождении падающей плоской гармонической электромагнитной волны вглубь металла. Для модели двух полупространств решение ищется в виде отраженной, прошедшей и падающей волн, для модели «шар в диэлектрике» решение находится с помощью функций Боргниса. Для первой модели с помощью преобразований Лапласа решается задача о распространении в ней тепла: выводится  формула, описывающая температурный портрет в системе, а также асимптотическая формула, описывающая  температуру на границе раздела сред «металл-диэлектрик» при достаточно больших временах. Для второй модели находится функция объемных источников тепла.

Ключевые слова: проводящие частицы, композитные среды, эффект селективного воздействия, термический эффект.

Abstract. This paper is devoted to theoretical research of impact of an electromagnetic radiation on the heterogeneous mediums such as "conductive particles in a dielectric", namely thermal effects of influence are studied. Two idealized models are considered: the first one represents two half-spaces "metal-dielectric", and the second one is conductive sphere in a dielectric. It is considered that the Ohm's law in a differential form is valid, and function of sources of heat can be found from the Joule-Lenz law. For both models the problem about passing of an incident plane harmonic electromagnetic wave into the metal is solved. For model of two half-spaces the solution is found in the form of the reflected, passed and falling waves, for the "sphere in a dielectric" model the solution is found by means of Borgnis's functions. For the first model by means of Laplace transformations the problem about distribution of heat is solved: the formula describing a temperature portrait in system and also the asymptotic formula describing temperature on a boundary of the metal-dielectric mediums at rather long periods of time are removed. For the second model a function of sources of heat is found.

Keywords: conductive particles, heterogeneous medium, the effect of selective impact, the thermal effect.