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高考申論題 108年 [電子工程] 電磁學

第 三 題

📖 題組:
一角頻率 \omega 之均勻平面波 \vec{E} = \vec{a}_x E_0 e^{-\gamma z} 傳播於有損介質,其導磁係數、介電係數及導電係數分別為 \mu、\epsilon、\sigma
(一)在何條件下,此一介質可視為良導體?下列子題均假設良導體成立。(5 分)
(二)推導其傳播常數 \gamma = \alpha + j\beta,得出衰減常數、相位常數之表示式。(10 分)
(三)以銅為例,\sigma = 5.8 \times 10^7 S/m、\mu = \mu_0、\epsilon = \epsilon_0,求算在 3 MHz 時之本質阻抗大小、相速度。(10 分)
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (三)

以銅為例,$\sigma = 5.8 \times 10^7 S/m$、$\mu = \mu_0$、$\epsilon = \epsilon_0$,求算在 3 MHz 時之本質阻抗大小、相速度。(10 分)

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代入公式計算。注意單位的換算(MHz 轉 Hz)。本質阻抗 \eta_c 在良導體下也有簡化公式。相速度 v_p = $\omega / \beta$。

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【考點分析】 良導體參數數值計算。 【理論/法規依據】

小題 (一)

在何條件下,此一介質可視為良導體?下列子題均假設良導體成立。(5 分)

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良導體的定義在於傳導電流密度遠大於位移電流密度。這通常用「損耗正切 (Loss Tangent)」來描述。

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【考點分析】 良導體之判別準則。 【理論/法規依據】

小題 (二)

推導其傳播常數 $\gamma = \alpha + j\beta$,得出衰減常數、相位常數之表示式。(10 分)

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從波方程式的出發點開始,利用 $\gamma^2 = j\omega\mu(\sigma + j\omega\epsilon)$。在良導體條件下進行近似化簡(忽略虛部中的 $\omega\epsilon$)。

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【考點分析】 良導體傳播參數推導。 【理論/法規依據】

📝 良導體波動特性計算
💡 掌握良導體判別條件及其波動常數、阻抗與速度之簡化運算。

🔗 良導體波動參數分析流程

  1. 1 條件確認 — 計算 $\sigma/(\omega\epsilon)$ 確認是否滿足良導體準則。
  2. ↓
  3. 2 常數求取 — 利用簡化式計算衰減常數 $\alpha$ 與相位常數 $\beta$。
  4. ↓
  5. 3 特性導出 — 求得極小本質阻抗 $\eta_c$ 與低速之相速度 $v_p$。
🔄 延伸學習:延伸學習:趨膚深度與頻率平方根成反比的物理意義。
🧠 記憶技巧:VIP 會員可查看這題的記憶口訣與速記法
⚠️ 常見陷阱:VIP 會員可查看這題最常被誘答的陷阱整理
趨膚深度 (Skin Depth) 損耗正切 (Loss Tangent) 坡印廷向量與功率損耗

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