В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 1
Квазинейтральность плазмымы
Рассматриваем классическую идеальную плазму
Плазма как целое – квазинейтральна.
Каждая отдельная частица имеет свой электрический заряд. На каком масштабе сохраняется квазинейтральность плазмы?
макроскопическое поле Е = 0
Дебаевскийрадиус В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 1
пусть плотность электронов уменьшилась на n в слое толщиной l
пусть
l
Дебаевский радиус
макроскопическое поле Е ≠ 0
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 1
Плазменныеколебания
Дебаевский радиус есть пространственный масштаб, на котором возможно разделение зарядов в плазме
Временнόй масштаб разделения зарядов:
l
сила
сила
макроскопическое поле Е ≠ 0
за это время электроны вернутся под действием электрического поля и сравняют флуктуацию
Что дальше?
вернувшиеся на место электроны имеют ненулевую кинетическую энергию!
ПлазменнаячастотаВ.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 1
Рассмотрим, что происходит при смещении электронов на 
(в простейшем плоском – одномерном – случае)
•совершается работа внешних сил для смещения электронов;
•появляется макроскопическое отклонение от квазинейтральности;
•появляется возвращающее электрическое поле;
•при возврате в точку равновесия электроны обладают кинетической энергией;
•происходит «перелёт» точки равновесия и новый цикл колебаний;
•ионы тяжёлые и их движение в данном случае несущественно.
Плазменная (ленгмюровская) частота:
ωp = |
4πne2 |
|
m |
|
|
|
|
Колебания на плазменной частоте ωp называются плазменными или ленгмюровскими колебаниями.
Новое свойство, принципиально отличающее плазму от газа !
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 1
Полевплазме: пробный зарядряд
Найдём потенциал φ, создаваемый в плазме маленьким неподвижным точечным зарядом q. Пусть ионы однозарядные.
уравнение Пуассона:
–лапласиан, индексы e и i здесь и далее относятся к электронам и ионам
вравновесии:
n0 – невозмущённая плотность
откуда получаем уравнение на потенциал:
решение ищем с учётом асимптотики: