Změna fáze odrazu - Reflection phase change

Při odrazu vlny někdy dochází k fázové změně . K těmto odrazům dochází u mnoha typů vln, včetně světelných vln , zvukových vln a vln na strunách.

Optika

Světelné vlny mění fázi o 180 °, když se odrážejí od povrchu média s vyšším indexem lomu než u média, ve kterém cestují. Lehký vlna cestování ve vzduchu, který se odráží od skla bariérou projde 180 ° fázové změny, přičemž světlo, které letí ve skle není je změna fáze, pokud je odráženo hranici se vzduchem. Z tohoto důvodu jsou optické hranice obvykle specifikovány jako uspořádaný pár (vzduch-sklo, sklo-vzduch); udávající, ze kterého materiálu se světlo pohybuje, respektive do.

„Fáze“ je zde fáze oscilací elektrického pole , nikoli oscilace magnetického pole (zatímco elektrické pole bude procházet fázovou změnou 180 °, magnetické pole bude procházet fázovou změnou 0 °. Naopak platí, když k odrazu dochází při nižší refrakci index rozhraní). Dále, je to s odkazem na které se blíží normální výskyt-pro p-polarizované světlo odráží od skla na pohledem úhlu, mimo úhel Brewster , změna fáze je 0 °. Fázové změny, ke kterým dochází po odrazu, hrají důležitou roli při interferenci tenkého filmu .

Zvukové vlny

Zvukové vlny ve vzduchu, ve zkumavce

Zvukové vlny v tělese zažívají fázový obrácení (změna o 180 °), když se odrážejí od hranice se vzduchem. Zvukové vlny ve vzduchu nezažijí fázovou změnu, když se odrážejí od pevné látky, ale vykazují změnu 180 °, když se odrážejí od oblasti s nižší akustickou impedancí . Příkladem toho je, když zvuková vlna v duté trubici narazí na otevřený konec trubice. Fázová změna při odrazu je důležitá ve fyzice dechových nástrojů .

Struny

Stojící vlny na provázku

Vlna na provázku dojde ke změně fáze 180 °, když se odráží od bodu, kde řetězec je pevné. Odrazy od volného konce řetězce nevykazují žádnou fázovou změnu. Fázová změna při odrazu od pevného bodu přispívá k tvorbě stojatých vln na strunách, které produkují zvuk ze strunných nástrojů .

Elektrické přenosové vedení

Odrazy signálů na vodivých vedeních obvykle vykazují fázovou změnu od dopadajícího signálu. Existují dva extrémní případy ukončení: zkrat (uzavřená linka) a otevřený obvod (přerušovaná linka). V obou případech se odráží plná amplituda vlny.

zkrat

Odraz napěťové vlny na vedení zakončeném zkratem je fázově posunuté o 180 °. To je analogické ( analogií mobility ) s řetězcem, kde je konec fixován v poloze, nebo se zvukovou vlnou v trubici se zablokovaným koncem. Současná vlna na druhé straně není fázově posunutá.

přerušená / otevřená čára

Přenosové vedení ukončen s otevřeným obvodem je dvojí případ; napěťová vlna je posunuta o 0 ° a aktuální vlna je posunuta o 180 °.

reaktivní ukončení

Přenosové vedení zakončené čistou kapacitou nebo indukčností také způsobí vlnu fázového posunu při plné amplitudě. Napěťový fázový posun je dán vztahem

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

kde

Z ₀ je charakteristická impedance vedení

X je susceptance indukčnosti nebo kapacity, vzhledem k tomu příslušně ωL nebo -1 / ωC

L a C jsou, v tomto pořadí, indukčnost a kapacita, a

ω je úhlová frekvence .

V případě reaktivního ukončení bude fázový posun mezi 0 a +180 ° pro induktory a mezi 0 a -180 ° pro kondenzátory . Fázový posuv bude přesně ± 90 °, když | X | = Z ₀ .

V obecném případě, je-li linka ukončen s nějakým libovolným impedance , Z , odražená vlna je obecně menší než dopadající vlny. Je třeba použít plný výraz pro fázový posun,

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

Tento výraz předpokládá, že charakteristická impedance je čistě odporová .

Reference