Ændring af refleksionsfase - Reflection phase change

En faseændring sker undertiden, når en bølge reflekteres. Sådanne refleksioner forekommer for mange typer bølger, herunder lysbølger , lydbølger og bølger på strenge.

Optik

Lysbølger skifter fase 180 °, når de reflekteres fra overfladen af ​​et medium med højere brydningsindeks end det medium, hvor de bevæger sig. En lysbølge, der bevæger sig i luft, der reflekteres af en glasbarriere, gennemgår en 180 ° faseændring, mens lys, der bevæger sig i glas , ikke gennemgår en faseændring, hvis den reflekteres af en luftgrænse. Af denne grund er optiske grænser normalt specificeret som et ordnet par (luftglas, glasluft); angiver hvilket materiale lyset bevæger sig ud af og henholdsvis ind i.

"Fase" her er fasen af ​​de elektriske feltsvingninger, ikke magnetfeltets svingninger (mens det elektriske felt gennemgår 180 ° faseændring, vil magnetfeltet gennemgå 0 ° faseændring. Omvendt er sandt, når refleksion forekommer ved lavere brydning indeksgrænseflade.) Dette refererer også til næsten normal forekomst - for p-polariseret lys, der reflekterer af glas i en blikvinkel ud over Brewster-vinklen , er faseskiftet 0 °. De faseændringer, der finder sted efter refleksion, spiller en vigtig rolle i tyndfilminterferens .

Lydbølger

Lydbølger i et solidt oplever en faseomvendelse (en 180 ° ændring), når de reflekterer fra en grænse med luft. Lydbølger i luft oplever ikke faseændring, når de reflekteres fra et fast stof, men de udviser en 180 ° ændring, når de reflekteres fra et område med lavere akustisk impedans . Et eksempel på dette er, når en lydbølge i et hulrør møder den åbne ende af røret. Faseændringen ved refleksion er vigtig i blæseinstrumenters fysik .

Strenge

En bølge på en streng oplever en 180 ° faseændring, når den reflekteres fra et punkt, hvor strengen er fast. Refleksioner fra den frie ende af en streng viser ingen faseændring. Faseændringen, når den reflekteres fra et fast punkt, bidrager til dannelsen af stående bølger på strenge, der producerer lyden fra strengeinstrumenter .

Elektriske transmissionslinjer

Refleksioner af signaler på ledende linjer udviser typisk en faseændring fra det indfaldende signal. Der er to ekstreme tilfælde af opsigelse: kortslutning (lukket linje) og åben kredsløb (brudt linje). I begge tilfælde reflekteres den fulde amplitude af bølgen.

kortslutning

Spændingsbølgereflektion på en linje, der afsluttes med en kortslutning, er 180 ° faseforskydning. Dette er analogt (ved mobilitetsanalogen ) til en streng, hvor enden er fastgjort i position, eller en lydbølge i et rør med en blokeret afslutning. Den aktuelle bølge er derimod ikke faseskiftet.

brudt / åben linje

En transmissionsledning afsluttet med et åbent kredsløb er det dobbelte tilfælde; spændingsbølgen forskydes med 0 °, og den aktuelle bølge forskydes med 180 °.

reaktiv opsigelse

En transmissionslinie, der afsluttes med en ren kapacitans eller induktans, vil også give anledning til en faseskiftet bølge ved fuld amplitude. Spændingsfaseforskydningen er givet af

${\ displaystyle \ varphi = 2 \ tan ^ {- 1} {Z_ {0} \ over X} \ quad}$

hvor

Z ₀ er linjens karakteristiske impedans

X er modtagelsen af induktansen eller kapacitansen, givet henholdsvis af ωL eller −1 ⁄ ωC

L og C er henholdsvis induktans og kapacitans og

ω er vinkelfrekvensen .

I tilfælde af reaktiv afslutning vil faseforskydningen være mellem 0 og + 180 ° for induktorer og mellem 0 og -180 ° for kondensatorer . Faseskiftet vil være nøjagtigt ± 90 °, når | X | = Z ₀ .

I det generelle tilfælde, når linjen afsluttes med en vilkårlig impedans , Z , er den reflekterede bølge generelt mindre end den indfaldende bølge. Det fulde udtryk for faseskift skal bruges,

${\ displaystyle \ varphi = \ tan ^ {- 1} \ left ({\ frac {2 \ sin (\ arg Z)} {\ left ({\ frac {| Z |} {Z_ {0}}} - { \ frac {Z_ {0}} {| Z |}} \ højre)}} højre {quad}$

Dette udtryk antager, at den karakteristiske impedans er rent modstandsdygtig .

Referencer