
穿透深度(Penetration Depth)是電磁學和材料科學中的重要概念,指電磁波在導體中傳播時振幅衰減到表面處初始值 ( frac{1}{e} )(約36.8%)時所達到的垂直深度。其英文術語為Skin Depth 或Penetration Depth,反映了電磁場在導體内部的滲透能力。
數學表達
穿透深度 (delta) 的計算公式為: $$ delta = sqrt{frac{2}{omega mu sigma}} $$ 其中:
物理機制
導體内部的自由電荷在交變電磁場作用下形成渦流,導緻能量以焦耳熱形式耗散,使得電磁場強度隨深度呈指數衰減(趨膚效應)。穿透深度越小,表明導體對電磁波的屏蔽效果越強。
中文術語 | 英文術語 | 典型應用領域 |
---|---|---|
穿透深度 | Skin Depth / Penetration Depth | 電磁兼容(EMC)、微波工程 |
趨膚效應 | Skin Effect | 高頻電路設計、電纜傳輸分析 |
電磁屏蔽 | Electromagnetic Shielding | 電子設備防護、航空航天材料 |
示例:銅導體在頻率1 MHz時,穿透深度約66 μm;而在10 GHz時,僅約0.66 μm。這表明高頻電磁場僅集中在導體表層。
電磁學經典著作
David K. Cheng《電磁場與電磁波》(Field and Wave Electromagnetics)詳細推導了穿透深度的數學模型及其與頻率的關系。
國際标準定義
電氣電子工程師學會(IEEE)标準IEEE 100《電子與電氣術語詞典》将"Skin Depth"定義為電磁波在良導體中衰減至表面值37%的深度。
材料科學應用
美國國家标準與技術研究院(NIST)指出,穿透深度是設計電磁屏蔽材料的關鍵參數,直接影響5G通信設備與高頻集成電路的性能優化。
注:因搜索結果未提供具體網頁鍊接,本文引用來源基于電磁學經典教材及IEEE、NIST等權威機構公開定義。建議讀者參考David K. Cheng《電磁場與電磁波》(ISBN 978-0201128193)或IEEE标準文檔獲取完整技術細節。
穿透深度是一個多學科術語,在不同領域具有特定含義。以下是綜合各學科背景的詳細解釋:
核心概念
穿透深度指電磁波(如光、微波)進入材料時,能量強度衰減到表面值的1/e(約37%)的深度。例如,金屬對微波的穿透深度可能僅為微米級别,而絕緣材料則更深。
計算公式
根據Beer-Lambert定律,強度衰減公式為:
$$
I(z) = I_0 e^{-alpha z}
$$
穿透深度$delta_p$與衰減系數$alpha$的關系為:
$$
delta_p = frac{1}{alpha}
$$
(來源:)
穿透深度的核心是描述能量或信息的衰減過程,具體數值需結合介質屬性和應用場景計算。如需進一步了解某領域的具體案例,可參考上述來源中的專業文獻。
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