6.6.1 General Solution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
6.6.2 Diffusion of the Initial Field (Impact of Initial Condition) . . . . . . . 382
6.6.3 Impact of Boundary Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385
6.7 The Cylindrical Diffusion Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
6.7.1 The Basic Formulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
6.7.2 The longitudinal Field Bz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391
6.7.3 The azimuthal Field B
ϕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
6.7.4 Skin Effect in a Cylindrical Wire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
6.8 Limits of the Quasi Stationary Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
7 Time Dependent Problems II (Electromagnetic Waves) . . . . . . . . 405
7.1 Wave Equations and their simplest Solutions . . . . . . . . . . . . . . 405
7.1.1 The Wave Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405
7.1.2 The simplest Case: Plane Wave in an Insulator . . . . . . . . . . . . . 406
7.1.3 Harmonic Plane Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411
7.1.4 Elliptic Polarization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
7.1.5 Standing Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416
7.1.6 TE- and TM Wave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418
7.1.7 Energy Density in and Energy Transfer by Waves . . . . . . . . . . . 422
7.2 Plane Waves in a Conductive Medium . . . . . . . . . . . . . . . . . 423
7.2.1 Wave Equations and Dispersion Relation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423
7.2.2 The Process is Harmonic in Space . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425
7.2.3 The Process is Harmonic in Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
7.3 Reflection and Refraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
7.3.1 Reflection and Refraction for Insulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
7.3.2 Fresnel’s Equations for Insulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433
7.3.3 Nonmagnetic Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436
7.3.4 Total Reflection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439
7.3.5 Reflection at a Conducting Medium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441
7.4 Potentials and their Wave Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442
7.4.1 The Inhomogeneous Wave Equation for A and
ϕ . . . . . . . . . . . . 442
7.4.2 Solution of the Inhomogeneous Wave Equations (Retardation) . 445
7.4.3 The Electric Hertz Vector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447
7.4.4 Vector Potential for D and Magnetic Hertz Vector . . . . . . . . . . . . 448
7.4.5 Hertz Vectors and Dipole Moments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450
7.4.6 Potentials for Uniformly Conductive Media without Volume
Charges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452
7.5 Hertz’s Dipole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454
7.5.1 Fields of Oscillating Dipoles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454
7.5.2 Far Field and Radiation Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460
7.6 Frame Antenna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463
7.7 Waves in Cylindrical Wave Guides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466
7.7.1 Basic Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466
7.7.2 TM Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469
7.7.3 TE Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470
7.7.4 TEM Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470
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