1. 매질 이란?
ㅇ 물리적 작용을 공간적으로 전달하는 매개물
- 매질 있는 파동
. 소리의 매질 : 기체(공기),고체(금속),액체(물) 등
. 수면파(물결파)의 매질 : 물
. 지진파의 매질 : 지구 지층
- 매질 없는 파동
. 전자기파, 빛 : 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 물질
ㅇ 공간 의존성에 따라 : 균질성 (균일성), 비 균질성 (비 균일성)
- 균질성 (Homogeneous) : 장(場),물성(物性)이 위치에 무관
. (모든 부분에서 물리적 거동,기계적 거동,조성 등이 같다는 것)
. 例) 혼합물 전체가 같은 조성을 갖는 것 : 설탕물
. 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
. (모든 방향으로의 물성이 같다는 것)
- 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. 통상, `일반적인 파동`이 매질에서 겪는 효과
ㅇ 파동 에너지의 손실을 일으킴 ☞ 감쇠, 감쇠정수 참조
- 에너지의 저항적 흩어짐(소산)
. 例) 유한의 도전율을 갖는 불완전 도체
ㅇ 매질 마다 파동 속도가 달라짐 ☞ 굴절률, 파동속도 참조
- 例) 전자기파 파동은 물질 내 파동 속도가 진공 보다 속도가 늦어짐
. 즉, 물질은 전자기파 파동을 좀더 천천히 움직이도록 하는 등
- 例) 만일, 파동 속도가 매질 내 모든 점에서 일정하다면,
. 그 매질은 균질 등방성 매질로 봄
ㅇ 파동이 분산성을 보임 ☞ 분산, 분산 매질 등 참조
- 파동 특성이 파장 또는 주파수에 의존하는 성질
4. 특히, `전자기파 파동`이 매질에서 겪는 효과
※ 전자기파 매질의 효과 특징
- 매질이 없는 진공 내 전자기파는 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 전자기파가 손실되는 척도
ㅇ 전자기파가 매질 내 진행시 손실에 따른 감쇠 효과 ☞ 감쇠정수 참조
ㅇ 전자기파가 도체 매질의 표면 만을 따라 전파하려는 성질 ☞ 표피 효과 참조