等离子体中的波之三ppt课件.ppt

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1、等离子体物理等离子体中的波等离子体中的波4.3磁流体力学波4.0引言4.1等离子体双流体方程组4.2有关波动的几个概念4.4等离子体振荡与朗缪尔波4.5离子声波4.6磁化等离子体中的静电波4.7磁化等离子体中的高频电磁波4.8磁流体波4.9磁声波回顾：磁张力磁压力磁张力磁压力磁张力阿尔芬波声波慢波磁声波快波慢波阿尔芬波快波阿尔芬波声波慢波磁声波快波正常情况下,三种波同时存在热应力和磁应力磁流体力学波磁应力和热应力磁流体力学波阿尔芬波磁声波*声波只有磁应力只有热应力纵横混杂波快慢波,斜阿尔芬波阿尔芬波和磁声波的直观物理图象磁声波（纵波）垂直于磁力线传播的波将引起磁力线疏密变化。

2、值得注意：热应力和磁应力，2.对于沿着磁力线传播的阿尔芬波磁力线有张力，起到弹性恢复力的作用，这个恢复力产生沿着磁力线方向传播的波。阿尔芬波磁声波纵横混杂波快慢波,斜阿尔芬波等离子体振荡与朗缪尔波离子看作固定的，只考虑电子的运动（1）不存在磁场；B=0（2）不存在热运动（KT=0）；（3）离子以均匀分布固定在空间中；振荡频率：该频率称之为电子静电振荡或者朗缪尔振荡。这个频率取决于等离子体的密度，它是等离子体的基本参量之一。因为m很小，等离子体频率通常是很高的。关于等离子体中纵向振荡的特征频率，注意以下几点：在某种程度上，这种振荡很难被认为是一种“正常”的波，因为它不传播能量或

3、信息（在冷等离子体极限的条件下）。（然而，它的确是从波动分析中导出的，并且当放宽其近似条件时确实具有有限的vg）。如果：存在热运动（KT>0）电子等离子体波如果：存在热运动（KT>0）过程可以看成是绝热的.在长波近似条件朗缪尔波的色散关系即电子静电波的色散关系朗缪尔波的色散关系在大的k值（小值）时，信息近似以热速度传播。在小的k值（大值）时，尽管p大于th，信息以远慢于th的速度传播。这是因为在大时密度梯度小，热运动几乎不携带净动量进入到邻近层中。很清楚群速度总是小于电子静电振荡或者朗缪尔振荡不能传播朗缪尔波能传播如果：没有热运动（KT＝0）如果：存在热运动（KT

4、>0）小结朗缪尔波当时候，朗缪尔波才能传播当时候，朗缪尔波强阻尼这里讨论的朗缪尔波（电子波），认为离子的质量无穷大，离子是不移动的，这样所获得的是不包括离子效应的高频波（电子波）。声波等离子体中的波4.3磁流体力学波4.0引言4.1等离子体双流体方程组4.2有关波动的几个概念4.4等离子体振荡与朗缪尔波4.5离子声波4.6磁化等离子体中的静电波4.7磁化等离子体中的高频电磁波4.8磁流体波4.9磁声波离子全离子忽略了电子4.5离子声波前面在讨论朗缪尔波（电子波），认为离子的质量无穷大，离子是不移动的，这样所获得的是不包括离子效应的高频波（电子波）。实际上离子的质量是有限的，所

5、以，离子对等离子体中的波必然有贡献。由于离子移动比较慢，因此离子将对等离子体中的低频波产生影响。离子与高频波之间几乎没有什么作用。因此，我们这一节主要考虑低频波。由于电子的质量很小，无论是高频或者是低频都会影响到它的运动。因此在描述低频波的时候，方程中必须包含离子和电子项。等离子体中的低频波就是声波。有磁场：应力波无磁场：声波离子声波4.5.1声波在中性气体中的声振荡以热动压力为恢复力，声速与粒子热运动速度同数量级。现在简单地回顾一下普通空气中的声波理论，忽略粘滞性，描写中性气体的方程普通空气中等离子体的流体描述：运动方程是：对均匀的p0和ρ0值的平衡点线性化，连续性方程

6、是：其中我们再次采用了下列形式的波试解对于一维的平面波，消去ρ1，我们发现：或者相速度:这就是中性气体中声波速度cs的表达式。这个波是由于空气分子间的碰撞而一层一层传播的压力波。在等离子体中,特别是在几乎没有碰撞的等离子体中也会发生这样的现象，叫做等离子体声波，或简单叫做离子声波。有碰撞:声波没有有碰撞:声波?离子声速双流体方程组等离子体双流体方程组无碰撞时，普通声波不会发生。然而由于离子的电荷仍然能够相互传播振动；声波能够经电场的媒介而发生。4.5.2离子声波没有磁场泊松方程运动方程：连续性方程：泊松方程使用相同的方法，线性化后得到如下方程假设：等离子体近似电子质量小

7、，忽略电子惯性项电子作用运动方程：连续性方程：泊松方程运动方程：连续方程：方程有解的条件是系数行列式等于零定义离子的声速：离子声波的色散关系表达式相似定义离子的声速中性气体中声波速度然而气体温度趋于零时，声波不存在；而等离子体离子温度为零时，离子声波仍然存在。考虑到对于低频波，电子的压缩过程是等温的，取＝1，这时离子声速为事实上，驱动离子声波有两种力：离子的热压力和电荷分离的静电力。当等离子体离子受到低频扰动而形成稠密和稀疏的区域时，一方面由于离子的热运动使离子扩散，这对应于s式的第一项，这一项与中