他在这幅“心电图”的浪峰处,用笔尖轻轻点了一个极细、极窄的小黑条,代表那块被插入的介质片。
此刻,在他的视野里。
这不再是一道电磁学计算题,而是一幅动态的能量画卷,是一道几何题目。
谐振腔,是一个封闭的能量池。
插入介质片,就像往水池里丢进了一块吸水能力更强的海绵。
它会贪婪地“吸收”周围的电场能量,导致整个能量池的“电容”变大。
而对于一个LC振荡回路,电容变大,振荡频率……
自然会下降。
“啧,原来如此,绕了半天,不就是个‘水囊并联’的问题么?还非得用麦克斯韦方程组包层金边,出题人真够能绕的。”
林允宁心里嫌弃地吐槽一句,终于动笔。
却不是去推导繁琐的边界条件。
他在图下,写下了结论的核心——
能量法的一阶微扰公式:
(Δω/ω)≈-(1/2)*[∫(Δε*|E|²) dV ]/[∫(ε*|E|²) dV ]
他没有去浪费时间去一步步推导这个公式,而是直接引用了结论。
毕竟,竞赛场不是课堂,简单的Slater一阶频移定理结果,没必要慢慢展开。
但他还是用简洁的一句话,将这冰冷的数学符号,翻译成了生动的物理图像:
“插入介质片(Δε>0),等效于增加了该区域的电能存储能力。为维持腔内电磁场能量在时间上的平均守恒,系统总能量对应的谐振频率必须下降。”
第一问,解决!
接下来,一切都顺理成章。
他将那复杂的体积分,用一个极其巧妙的近似,变成了与位置相关的代数式:
由于介质片极薄,体积分可近似为:
Δf/f≈-(1/2)*(Δε/ε)*(Sδ/ V_eff)*[|E|²_slab /]
物理图像清晰无比:
频移的大小,正比于介质片的体积分数,以及它所在位置的“能量密度”,也就是场强的平方。
他在那幅简笔画的中央位置,画了一个小小的箭头,标注:
“反节点,|E|²最大,频移最大”。
又在靠近金属壁的两侧画了两个箭头,标注:
“节点,|E|²→0,频移趋近于零”。
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