المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الفيزياء
عدد المواضيع في هذا القسم 11580 موضوعاً
الفيزياء الكلاسيكية
الفيزياء الحديثة
الفيزياء والعلوم الأخرى
مواضيع عامة في الفيزياء

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
غزوة الحديبية والهدنة بين النبي وقريش
2024-11-01
بعد الحديبية افتروا على النبي « صلى الله عليه وآله » أنه سحر
2024-11-01
المستغفرون بالاسحار
2024-11-01
المرابطة في انتظار الفرج
2024-11-01
النضوج الجنسي للماشية sexual maturity
2024-11-01
المخرجون من ديارهم في سبيل الله
2024-11-01

Tycho Brahe
17-1-2016
مميزات الشعر في العصر العباسي الثالث
24-03-2015
إجراءات إسترداد الجنسية للمرأة
2023-04-15
مناهج البحث في جغرافية الزراعة - المنهج الإقليمي
29-4-2021
اللادقة والفراغ
2023-06-22
ميل الأرض
2023-04-06

Derivation of the wave equation for the electric field strength  
  
1787   06:05 مساءاً   date: 22-12-2016
Author : H. HAKEN
Book or Source : LASER LIGHT DYNAMICS
Page and Part : vol 2 ، p99


Read More
Date: 14-12-2020 1470
Date: 24-5-2016 2409
Date: 4-1-2017 2718

Derivation of the wave equation for the electric field strength

We start from the following Maxwell equations:

 (1.1)

 (1.2)

The first equation represents the induction law. It describes how vortices of the electric field strength E are caused by a temporal change of magnetic induction B. Eq. (1.2) describes how the current density j causes a vortex of the magnetic field H (Oersted's law). The vortex of the magnetic field can be caused by a temporal change of the dielectric displacement D, too. As usual we need the connections between D and E as well as between B and H. As is shown in electrodynamics, the dielectric displacement D depends on the electric field strength E via the polarization P of the medium in which the dielectric process takes place

    (1.3)

where ε0 is the dielectric constant of the vacuum. We briefly remind the reader how to visualize the meaning of the polarization P. To this end we assume that the material is composed of individual atoms. When we apply an electric field, the electrons of the individual atoms will be displaced with respect to the atomic nuclei. Because the centers of the charges of the electrons and the nucleus do no more coincide, the applied electric field has induced a dipole at each individual atom. The polarization P is defined as the total dipole moment which stems from the individual atomic dipoles and is taken per unit volume. Later on it will be an important task of our theory to calculate the dipole moments of the individual atoms. Furthermore we wish to express the current density j by means of the electric field strength E. To this end we assume that the material or parts of it possess an electric conductivity σ and use Ohm's law. Therefore we may assume

    (1.4)

Finally we wish to confine our considerations to non-magnetic materials

   (1.5)

Furthermore we wish to treat wave phenomena and therefore we shall assume that the electric field is transversal which is equivalent to the assumption

 (1.6)

It will be our goal to derive a simple equation from the equations mentioned above, namely an equation for the electric field strength. If we know this quantity we may calculate, e.g. the magnetic induction by means of eq. (1.1). In our subsequent treatment we shall deal only with the electric field strength E because it contains all the information which we need to develop laser theory. In a first step we differentiate (1.2) with respect to time and obtain

 (1.7)

In (1.1) we replace the magnetic induction B by μ0H Then we express H in (1.7) by curl E according to (1.1) and thus obtain for the 1.h.s. of (1.7)

 (1.8)

In deriving (1.8) we have used the following equation, well known from the vector calculus:

curl curl E = grad div E - AE,

where the relation (1.6) has been taken into account. In it A is as usual the Laplace operator, A = ∂2/∂x2 + ∂2/∂y2 + ∂2/∂z2. Finally we replace the quantities j and D on the r.h.s. of (1.7) by means of the relations (1.4) and (1.3), respectively, and bring all expressions containing E to the 1.h.s. of (1.7). We thus obtain the fundamental wave equation

   (1.9)

where we have put ε0 μ0 = l/c2, with c the light velocity in vacuum. When we put P = 0, (1.9) reduces to the telegraph equation which was derived in the last century. In the exercises we shall discuss some solutions of the telegraph equation. In eq. (1.9) the polarization P may be considered as a source term which produces the electric field. On the other hand an electric field in a medium can generate a polarization. Therefore we have to deal with the question how to calculate the polarization P.




هو مجموعة نظريات فيزيائية ظهرت في القرن العشرين، الهدف منها تفسير عدة ظواهر تختص بالجسيمات والذرة ، وقد قامت هذه النظريات بدمج الخاصية الموجية بالخاصية الجسيمية، مكونة ما يعرف بازدواجية الموجة والجسيم. ونظرا لأهميّة الكم في بناء ميكانيكا الكم ، يعود سبب تسميتها ، وهو ما يعرف بأنه مصطلح فيزيائي ، استخدم لوصف الكمية الأصغر من الطاقة التي يمكن أن يتم تبادلها فيما بين الجسيمات.



جاءت تسمية كلمة ليزر LASER من الأحرف الأولى لفكرة عمل الليزر والمتمثلة في الجملة التالية: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation وتعني تضخيم الضوء Light Amplification بواسطة الانبعاث المحفز Stimulated Emission للإشعاع الكهرومغناطيسي.Radiation وقد تنبأ بوجود الليزر العالم البرت انشتاين في 1917 حيث وضع الأساس النظري لعملية الانبعاث المحفز .stimulated emission



الفيزياء النووية هي أحد أقسام علم الفيزياء الذي يهتم بدراسة نواة الذرة التي تحوي البروتونات والنيوترونات والترابط فيما بينهما, بالإضافة إلى تفسير وتصنيف خصائص النواة.يظن الكثير أن الفيزياء النووية ظهرت مع بداية الفيزياء الحديثة ولكن في الحقيقة أنها ظهرت منذ اكتشاف الذرة و لكنها بدأت تتضح أكثر مع بداية ظهور عصر الفيزياء الحديثة. أصبحت الفيزياء النووية في هذه الأيام ضرورة من ضروريات العالم المتطور.