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什么是相速度?

发布时间:2013-03-10

相速度的简介   

 
晶体光学中,相速度也称“法向速度”,单色波传播速度的公式是从等相面的传播导出的,所以称为相速。通俗地讲,就是电磁波形状向前变化的速度。下面我们就重点分析这些内容。

相速度(英文名称: phase velocity),波的相速度或相位速度,是指波的相位在空间中传递的速度,换句话说,波的任一频率成分所具有的相位即以此速度传递。可以挑选波的任一特定相位来观察(例如波峰),则此处会以相速度前行。相速度可借由波的频率f与波长λ,或者是角频率ω与波矢量k的关系式表示。

Vp=fλ=ω/k

群速与相速的区别

无线电波在介质中传播时,如果该介质的介电常数ε与频率无关,波的传播速度也与频率无关,这种介质称为非色散介质;与此相反,如果介质的ε或传播速度v与频率有关,则称为色散介质。

单色波传播速度的公式是从等相面的传播导出的,因此称为相速。

相速度:单一频率的正弦电磁波波的等相面(例如波峰面或波谷面)在介质中传播的速度v=c/n,c为自由空间中的光速,n为介质对该频率电磁波的折射指数。


 
实用系统的信号总是由许多频率分量组成,在色散介质中,各单色分量将以不同的相速传播,因此要确定信号在色散介质中的传播速度就发生困难,为此引入群速的概念,它描述信号的能量传播速度。对于电离层(地球大气由下往上分为对流层、平流层、电离层、磁层),因折射指数n〈1,所以无线电波的相速度大于光速c,这一结论和相对论的理论并不矛盾,因为相速度只代表相位变化的快慢,并不代表电磁波能量的真正传播速度。群速则总小于自由空间的光速c。

群速度:许多不同频率的正弦电磁波的合成信号在介质中传播的速度。不同频率正弦波的振幅和相位不同,在色散介质中,相速不同,故在不同的空间位置上的合成信号形状会发生变化。群速是一个代表能量的传播速度。

相速度的知识拓展

注意到波的相速度不必然与波的群速度相同;群速度代表的是“振幅变化”(或说波包)的传递速度。

电磁辐射的相速度可能在一些特定情况下(例如:出现异常色散的情形)超过真空中光速,但这不表示任何超光速的信息或者是能量移转。物理学家阿诺·索末菲与里昂·布里于因(Léon Brillouin)对此皆有理论性描述。

波的相速度或相位速度,或简称相速,是指电磁波相位传播的速度。通俗地讲,就是电磁波形状向前变化的速度。在波导中,相速度往往比群速度要大。

形象一点说,你拿电钻在一个很坚固的墙上钻洞,你会觉得电钻的钻头的螺纹在旋转时似乎以高速前进,但这只是你的错觉,因为你看到的是螺纹的“相速度”,虽然很快,但是你的电钻却很慢很慢地向墙内推进,也就是说电钻的总的向前推进的速度就是“群速度”。如果墙壁很硬,你的电钻根本就钻不进去,电钻向前推进的速度为“0”,但是你从电钻的螺纹上看却总是觉得电钻是不断钻进去的。

总之,本文说明了相速度是指波的相位在空间中传递的速度,在波导中,相速度往往比群速度要大。希望对各位读者有比较大的参考价值。
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