2022-07-20 22:31:29

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等离子体频率(plasma frequency)是指等离子体内的某种扰动引发正负电荷的分离,使等离子体粒子产生集体振荡,相应的振荡频率称为等离子体频率 。

等离子体频率是描述等离子体性质的一个物理量。等离子体频率是指描述等离子体性质的一个量,在等离子体中,当正负电荷分离时,离子由于质量大,可视为固定不动,而电子会在静电力的作用下产生简谐振荡,称为等离子体振荡。在冷等离子体(即忽略电子热运动影响)中,振荡频率为ωp。

基本信息

  • 中文名称

    等离子体频率

  • 外文名称

    plasma frequency

  • 适用领域

    等离子体物理学

  • 应用学科

    等离子体物理学

折叠 编辑本段 概念解释

等离子体频率是等离子体内的某种扰动引发正负电荷的分离,使等离子体粒子产生集体振荡,相应的振荡频率称为等离子体频率。正负电荷在空间完全相抵的等离子体中,由于某种原因(如热运动涨落)使某一小区域内正负电荷分离成电子和离子并在它们之间建立电场,因而电子和离子都会得到静电势能。电场对电子和离子都要施加库仑作用力,把它们拉回到原来呈电中性状态的位置(称为平衡位置)恢复电中性。当电子返回到平衡位置时,所得到的静电势能完全变成动能,电子将继续往前运动,直到它的动能又完全变成了静电势能为止。此时电子又被库仑作用力拉回平衡位置,重复以上过程。电子在其平衡位置做周期性的简谐运动即振荡。由此在等离子体内部形成了电子的集体振荡,这种因涨落而引起的电子群的集体运动,称为等离子体振荡。这种振荡在等离子体内各处互不相关地发生着,其振荡频率称为等离子体频率,又称朗缪尔频率。等离子体频率是表征等离子体特性的重要参数之一。

折叠 编辑本段 冷等离子体振荡

在冷等离子体中,由于等离子体频率ωp和波数 k无关,群速等于零,所以等离子体振荡是一种局部振荡,不向外传播,不形成波。但在热等离子体中,即考虑了电子的热运动后,这种振荡运动会形成群速不为零的纵波,也就是朗缪尔波,其频率ωp是表征等离子体特性的一个重要的物理量,它反映等离子体中的电子对电场扰动的响应的快慢。对于非磁化等离子体电磁波(横波)只有当其频率大于ωp时,才能在等离子体中传播。

折叠 编辑本段 朗缪尔波

等离子体中电子温度不为零时,则以热运动速度流入邻近等离子体区域中的电子能把振荡区域发生的振荡带到邻近的等离子体区域,使邻近的等离子体区域发生振荡而形成波。这种波是纵波,称为电子等离子体波或朗缪尔波,又称空间电荷波。 等离子体频率ωp是表征等离子体特性的一个重要的物理量,反映等离子体中的电子对电场扰动的响应的快慢。在忽略电子热运动碰撞,即在所谓冷等离子体条件下,ωp只与电子的数密度质量、电荷有关。在冷等离子体中,等离子体振荡是一种局部振荡,不向外传播,不形成波(其群速为零)。实际上离子也在作集体振荡。由于电子比离子活跃得多,如果电子温度很高,则在离子完成一个振荡的时间内,电子依靠热运动可以实现空间均匀分布,离子的振荡是在均匀负电背景下产生的。因离子质量远大于电子质量,离子的振荡频率远小于电子振荡频率,其影响可以忽略。通常所谓等离子体振荡频率即指电子振荡频率。

等离子体频率是表征等离子体特征的一个重要参量,在等离子体中,如果由于某种原因引起小范围内电中性的破坏,那么等离子体就会在数量级ωp的时间内去消除它。因此,对于远小于等离子体频率的任何低频扰动,等离子体将以足够快的反应来维持它的电中性

折叠 编辑本段 产生原因

由于等离子体具有维持宏观电中性的趋势,当等离子体区域中有过剩电子时,形成向内的电场,电子会向背离电场运动,当形成电中性的区域时,电子却仍然有速度,导致区域内电子不足,又会形成向外的电场,电子会减速并向区域内运动。这样电子会反复运动,形成了震荡,类似于弹簧振子。

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