Medium, Homogeneous Material   매질, 매체, 균질 매질

(2021-01-03)

미디엄, Constitutive Equation, 구성 관계식, Linear Medium, 선형 매질, Homogeneous Medium, 균질 매질, 균일 매질


1. 매질 이란?물리적 작용을 공간적으로 전달하는 매개물

     - 매질 있는 파동
        . 소리 : 기체(공기),고체(금속),액체(물) 등
        . 수면파(물결파) : 물
        . 지진파 : 지구 지층

     - 매질 없는 파동
        . 전자기파 : 매질 없이도 전파(傳播) 됨
           .. 그러나, 실제 매개 매질은 없으나, 물질과의 복잡한 상호 작용 있음
           .. 따라서, 전자기파는 상호작용하는 물질을 매질이라고 관례적으로 부름


2. 매질의 물리적 성질 구분

  ※ 매질 주요 구성변수(σ,ε,μ등)가 어떻게 의존하는가에 따라 구분됨

  ㅇ 장(場) 의존성에 따라 : 선형, 비선형 
     - 선형    : 인가된 장(場)의 크기에 선형 함수적(비례적) 관계를 갖는 물질
     - 비선형  : 인가된 장(場)의 크기에 단순 비례적이지 못한 물질공간 의존성에 따라 : 균질성, 비균질성  
     - 균질성(Homogeneous)                    : 장(場),물성(物性)이 위치에 무관
        . 例) 표준대기상태 하의 공기로 채워진 용기
     - 비균질성(Nonhomogeneous,Inhomogeneous) : 장(場),물성(物性)이 위치에 따라 변함
        . 例) 대기 : 고도에 따라 유전율이 변함

  ㅇ 방향성 의존에 따라 : 등방성(Isotropic), 이방성(Anisotropic)
     - 등방성 : 장(場)이 인가되는 방향에는 관계없이 같은 방향성을 보이는 물질
     - 이방성 : 장(場)이 인가되는 방향에 따라 다른 특성을 보이는 물질
        . 이 경우에 물성을 나타낼 때는 텐서로 표현함

  ㅇ 탄성 여부에 따라 : 탄성 매질, 비 탄성 매질
     - 탄성파 例 : 음파, 수면파, 지진파 등
     - 비 탄성파 例 : 전자기파 


3. 일반적으로, 파동이 매질에서 겪는 효과파동 에너지손실을 일으킴          ☞ 감쇠, 감쇠정수 참조
     - 에너지저항적 흩어짐(소산) 
        . 例) 유한의 도전율을 갖는 불완전 도체

  ㅇ 매질 마다 파동 속도가 달라짐         ☞ 굴절률, 파동속도 참조
     - 例) 전자기파 파동물질파동 속도진공 보다 속도가 늦어짐
        . 즉, 물질전자기파 파동을 좀더 천천히 움직이도록 하는 등
     - 例) 만일, 파동 속도가 매질 내 모든 점에서 일정하다면,
        . 그 매질은 균질 등방성 매질로 봄

  ㅇ 파동분산성을 보임                 ☞ 분산, 분산 매질 등 참조
     - 파동 특성이 파장 또는 주파수에 의존하는 성질


4. 특히, 전자기파 파동이 매질에서 겪는 효과전자기파 매질의 효과 특징
     - 매질이 없는 진공전자기파는 다루기 쉬우나,
        . 전자기파가 매질을 만나면 상호 영향을 받아 복잡한 파동 특징을 보임

  ㅇ 매질 특성 변수 및 관계
     - 주요 구성 변수(σ,ε,μ), 구성 관계식(물성 관계식)
        . 도체     :  σ(도전율: 구성관계 변수),  J = σE (구성관계식)
        . 유전체   :  ε(유전율: 구성관계 변수),  D = εE (구성관계식)
        . 자성체   :  μ(투자율: 구성관계 변수),  B = μH (구성관계식)

     * 구성 관계식(물성 관계식,Constitutive Equation/Relation) 이란?
        . 특정 물리량이 매질 특성 변수(σ,ε,μ 등)와 서로 어떻게 관련되는가를 보여주는 식
           .. 주로, 매질 특성 매개변수와, 여기(Excitation)-응답(Response) 관계로써 나타남

  ㅇ 주파수,유전율,도전율에 의존적인 매질 효과 
     - `복소 유전율`에서 허수부 및 실수부의 比로써 정의된 `손실탄젠트`가 그 효과를 보여줌
        . 복소유전율 : 주파수에 따라 변하는 매질 특성(ε,σ등)을 반영
        . 손실탄젠트 : 매질 내 진행 전자기파손실되는 척도

  ㅇ 전자기파가 매질 내 진행시 손실에 따른 감쇠 효과        ☞ 감쇠정수 참조

  ㅇ 전자기파도체 매질의 표면 만을 따라 전파하려는 성질  ☞ 표피 효과 참조



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