- عنوان کتاب: Wave Scattering Theory for Small Bodies of Arbitrary Shapes
- نویسنده: Alexander G. Ramm
- حوزه: امواج
- سال انتشار: 2025
- تعداد صفحه: 449
- زبان اصلی: انگلیسی
- نوع فایل: pdf
- حجم فایل: 10.2 مگابایت
این کتاب عمدتاً به مسائل سهبعدی میپردازد. مسائل پراکندگی برای اجسامی که در مقایسه با طول موج کوچک هستند، به مسائل استاتیک تقلیل مییابند. روشهای متغیر پیچیده (نگاشتهای همدیس) برای حل مسائل استاتیک دوبعدی به طور گسترده در مقالات مورد بحث قرار گرفتهاند. مسائلی که به شکل بسته قابل حل هستند در [13]، [33]، [43]، [58]، [143]، [71]، [73] جمعآوری شدهاند. روش جداسازی متغیرها برای حل مسائل استاتیک برای بیضویها و اشکال حدی آن (دیسکها، سوزنها)، برای نیمصفحه، گوه، صفحه با روزنه بیضوی، هذلولی دوران، سهموی دوران، مخروط، پوسته کروی نازک، قطعه کروی، دو کره رسانا و برخی مسائل دیگر استفاده شده است. میدانهای الکترواستاتیک در یک محیط پوستهای (لایه لایه) با مرزهای موازی و قطاعی مورد مطالعه قرار گرفتهاند [33]، [143]. برخی از مسائل به صورت بسته با استفاده از معادلات انتگرالی حل شدند، به عنوان مثال، مسائل مربوط به یک دیسک، پوسته کروی، صفحه با سوراخ دایرهای و غیره. معادلات انتگرالی وینر-هاف، دوگانه و منفرد مورد استفاده قرار گرفتند [33]، [143]، [76]، [164]. مسائل الکترواستاتیک برای یک استوانه توخالی دایرهای محدود (لوله) در [158] با روشهای عددی مورد مطالعه قرار گرفتند. ظرفیت خازنی در واحد طول لوله و قطبشپذیری لوله محاسبه شد. نویسندگان معادله انتگرالی برای بار سطحی را به یک سیستم نامتناهی از معادلات جبری خطی کاهش دادند و سیستم ناقص را روی کامپیوتر حل کردند. روش آنها به شدت به هندسه خاص مسئله بستگی دارد و اجازه نمیدهد که هیچ گونه آشفتگی موضعی در شکل لوله را مدیریت کرد. در [68] روشهای وردشی ریتز، ترفتز، روش گالرکین و روش شبکه در رابطه با مسائل استاتیک مورد بحث قرار گرفتهاند. با این حال، هیچ ویژگی خاصی از این مسائل استفاده نشده است. این روشها در یک محیط کلیتر در [53]، [66] ارائه شدهاند. در عمل، این روشها زمانبر هستند و روشهای وردشی در مسائل استاتیک سهبعدی احتمالاً مزایایی نسبت به روش شبکهای دارند. منابع گستردهای در مورد محاسبه ظرفیت خازنی رساناهای کامل وجود دارد [43]، [79]. در [43] یک بخش مرجع وجود دارد که ظرفیت خازنی رساناهای با اشکال خاص را ارائه میدهد. در [78]، [79] شرح سیستماتیکی از روشهای وردشی برای تخمین ظرفیت خازنی و سایر تابعیهای مورد توجه عملی ارائه شده است. در [153] برنامههایی برای محاسبه میدانهای استاتیک دوبعدی با استفاده از روش معادلات انتگرالی وجود دارد. در [148] برخی از خواص هندسی خطوط شدت میدان الکتریکی برای محاسبات تقریبی میدان استفاده میشود. این رویکرد تجربی است. یکی از اهداف این کتاب ارائه سیستماتیک استفاده از معادلات انتگرالی برای محاسبه میدانهای استاتیک و برخی از تابعیهای کاربردی مفید این میدانها، به ویژه ظرفیت خازنی و تانسورهای قطبشپذیری اجسام با شکل دلخواه است. این روش فرمولهای تحلیلی تقریبی برای محاسبات این تابعیها با دقت مطلوب ارائه میدهد. این فرمولها میتوانند برای ساخت یک برنامه کامپیوتری برای محاسبه ظرفیت خازنی و تانسورهای قطبشپذیری استفاده شوند. مسائل مربوط به اجسام چندجسمی و همچنین مسائل مربوط به اجسام پوستهای-همگن، مانند ذرات پوشش داده شده، مورد بحث قرار میگیرند. تخمینهای تغییرات دو طرفه ظرفیت خازنی و تانسورهای قطبشپذیری ارائه شدهاند. مسائل مربوط به صفحات فلزی نازک باز و همچنین مسائل مربوط به فیلمهای مغناطیسی کامل در نظر گرفته شدهاند. محاسبه قطبشپذیری مغناطیسی فیلمهای مغناطیسی کامل مهم است زیرا چنین فیلمهایی به عنوان عناصر حافظه کامپیوترها استفاده میشوند. فرمولهای ذکر شده در بالا برای ظرفیت خازنی و تانسورهای قطبشپذیری به ما امکان میدهند فرمولهای تحلیلی تقریبی برای ماتریس پراکندگی در مسئله پراکندگی موج توسط اجسام کوچک با شکل دلخواه ارائه دهیم. این کار برای امواج اسکالر و الکترومغناطیسی انجام میشود. وابستگی ماتریس پراکندگی به شرایط مرزی روی سطح پراکندهساز بررسی میشود. پراکندگی موج در محیطی متشکل از ذرات کوچک زیاد مورد مطالعه قرار میگیرد و معادلاتی برای میدان مؤثر (خودسازگار) در چنین محیطی استخراج میشود. این امر امکان بحث در مورد مسئله معکوس تعیین خواص چنین محیطی را از طریق دانش امواج پراکنده شده توسط این محیط فراهم میکند.
This book addresses largely three-dimensional problems. Scattering problems for bodies, small in comparison with the wavelength, are reduced to static problems. Complex variable methods (conformal mappings) for solving static two-dimensional problems have been widely discussed in the literature. The problems solvable in closed form are collected in [13], [33], [43], [58], [143], [71], [73]. The method of separation of variables has been used to solve the static problems for ellipsoids and its limiting forms (disks, needles), for a half-plane, wedge, plane with an elliptical aperture, hyperboloid of revolution, parabaloid of revolution, cone, thin spherical shell, spherical segment, two conducting spheres, and some other problems. Electrostatic fields in a flaky (layered) medium with parallel and sectorial boundaries have been studied [33], [143]. Some of the problems were solved in closed form using integral equations, e.g., the problems for a disk, spherical shell, plane with a circular hole, etc. Wiener-Hopf, dual, and singular integral equations were used [33], [143], [76], [164]. Electrostatic problems for a finite circular hollow cylinder (tube) were studied in [158] by numerical methods. The capacitance per unit length of the tube and the polarizability of the tube were calculated. The authors reduced the integral equation for the surface charge to an infinite system of linear algebraic equations and solved the truncated system on a computer. Their method depends heavily on the particular geometry of the problem and does not allow one to handle any local perturbations of the shape of the tube. In [68] the variational methods of Ritz, Trefftz, the Galerkin method, and the grid method are discussed in connection with the static problems. However, no specific properties of these problems are used. These methods are presented in a more general setting in [53], [66]. In practice, these methods are time-consuming, and variational methods in three-dimensional static problems probably have some advantages over the grid method. A vast literature exists on the calculation of the capacitances of perfect conductors [43], [79]. In [43] there is a reference section which gives the capacitances of conductors of certain shapes. In [78], [79] a systematic exposition of variational methods for estimation of the capacitances and other functionals of practical interest is given. In [153] there are some programs for calculating the two-dimensional static fields using integral equations method. In [148] some geometrical properties of the lines of electrical field strength are used for approximate calculations of the field. This approach is empirical. One of the objectives of this book is to present systematically the usage of integral equations for calculating static fields and some practically useful functionals of these fields, in particular, capacitances and polarizability tensors of bodies of arbitrary shape. The method gives approximate analytical formulas for calculations of these functionals with the desired accuracy. These formulas can be used to construct a computer program for calculating capacitances and polarizability tensors. The many-body problems are also discussed as well as the problems for flaky-homogeneous bodies, e.g., coated particles. Two-sided variational estimates of capacitances and polarizability tensors are given. The problems for open thin metallic screens are considered as well as those for perfect magnetic films. Calculating the magnetic polarizability of perfect magnetic films is important because such films are used as memory elements of computers. The above-mentioned formulas for capacitances and polarizhbility tensors allow one to give approximate analytical formulas for the scattering matrix in the problem of wave scattering by small bodies of arbitrary shape. This is done for scalar and electromagnetic waves. The dependence of the scattering matrix on the boundary conditions on the surface of the scatterer is investigated. The wave scattering in a medium consisting of many small particles is studied and equations for the effective (self-consistent) field in such a medium are derived. This makes it possible to discuss the inverse problem of determining the properties of such a medium from knowledge of the waves scattered by this medium.
این کتاب را میتوانید از لینک زیر بصورت رایگان دانلود کنید:
Download: Wave Scattering Theory for Small Bodies of Arbitrary Shapes

نظرات کاربران