Onda de plasma
En física , una onda de plasma es una propagación concertada de partículas y campos .
Un plasma se comporta como un fluido , casi neutro y conductor . En los casos más simples, consta de electrones y una única especie de iones . En casos más complejos, existen varias especies de iones, e incluso partículas neutras. Debido a su conductividad eléctrica, el plasma está acoplado a campos eléctricos y magnéticos. Este sistema de partículas y campos permite una amplia variedad de ondas .
Clasificación
Ondas electrostáticas y electromagnéticas
Las ondas de plasma pueden ser "electromagnéticas" o "electrostáticas", dependiendo de si hay o no un campo magnético oscilante. Usando la ley de Faraday para la inducción de ondas planas, encontramos:
k×mi~=ωB~{\ Displaystyle \ mathbf {k} \ times {\ tilde {\ mathbf {E}}} = \ omega {\ tilde {\ mathbf {B}}}}.
Por tanto, las ondas electrostáticas solo pueden ser longitudinales . Una onda electromagnética, por otro lado, puede no tener componente longitudinal.
Modos
También podemos clasificar las ondas según su oscilación. En la mayoría de los plasmas, la temperatura de los electrones es comparable o supera la temperatura iónica. Esto, teniendo en cuenta la masa mucho menor de electrones, implica que estos últimos se mueven mucho más rápido que los iones.
Un "modo electrónico" depende de la masa de los electrones, pero se supone que los iones son estacionarios (es decir, de masa infinita). Un "modo iónico" depende de la masa de los iones, pero se supone que los electrones se redistribuyen instantáneamente (es decir, de masa cero), de acuerdo con la ley de Boltzmann.
En casos más raros, como una oscilación híbrida más baja, el modo depende tanto de la masa del ion como del electrón.
Polarización
También podemos clasificar los modos según se propaguen en un plasma "no magnético", o según la propagación respecto a un campo magnético estacionario: "paralelo", "perpendicular" u "oblicuo". Para ondas electrónicas electromagnéticas perpendiculares, el campo eléctrico puede ser paralelo o perpendicular al campo magnético.
resumen
Ondas de plasma elemental
Característica EM |
Oscilación |
Términos y condiciones |
Relación de dispersión |
apellido
|
---|
Electrostático |
electrones |
B→0=0 otu k→‖B→0{\ Displaystyle {\ vec {B}} _ {0} = 0 \ {\ rm {o}} \ {\ vec {k}} \ | {\ vec {B}} _ {0}} |
ω2=ωpag2+3k2vth2{\ Displaystyle \ omega ^ {2} = \ omega _ {p} ^ {2} + 3k ^ {2} v_ {th} ^ {2}} |
Ola de Langmuir
|
k→⊥B→0{\ Displaystyle {\ vec {k}} \ perp {\ vec {B}} _ {0}} |
ω2=ωpag2+ωvs2=ωh2{\ Displaystyle \ omega ^ {2} = \ omega _ {p} ^ {2} + \ omega _ {c} ^ {2} = \ omega _ {h} ^ {2}} |
oscilación híbrida superior
|
iones |
B→0=0 otu k→‖B→0{\ Displaystyle {\ vec {B}} _ {0} = 0 \ {\ rm {o}} \ {\ vec {k}} \ | {\ vec {B}} _ {0}} |
ω2=k2vs2=k2γmiKTmi+γIKTIMETRO{\ Displaystyle \ omega ^ {2} = k ^ {2} v_ {s} ^ {2} = k ^ {2} {\ frac {\ gamma _ {e} KT_ {e} + \ gamma _ {i} KT_ {i}} {M}}} |
onda acústica iónica
|
k→⊥B→0{\ Displaystyle {\ vec {k}} \ perp {\ vec {B}} _ {0}} (alrededor de) |
ω2=Ωvs2+k2vs2{\ Displaystyle \ omega ^ {2} = \ Omega _ {c} ^ {2} + k ^ {2} v_ {s} ^ {2}} |
onda ciclotrónica electrostática
|
k→⊥B→0{\ Displaystyle {\ vec {k}} \ perp {\ vec {B}} _ {0}} (exactamente) |
ω2=[ωI-2+(Ωvsωvs)-1]-1{\ Displaystyle \ omega ^ {2} = [\ omega _ {i} ^ {- 2} + (\ Omega _ {c} \ omega _ {c}) ^ {- 1}] ^ {- 1}} |
menor oscilación híbrida
|
Electromagnético |
electrones |
B→0=0{\ Displaystyle {\ vec {B}} _ {0} = 0} |
ω2=ωpag2+k2vs2{\ Displaystyle \ omega ^ {2} = \ omega _ {p} ^ {2} + k ^ {2} c ^ {2}} |
onda de luz
|
k→⊥B→0, mi→1‖B→0{\ Displaystyle {\ vec {k}} \ perp {\ vec {B}} _ {0}, \ {\ vec {E}} _ {1} \ | {\ vec {B}} _ {0}} |
vs2k2ω2=1-ωpag2ω2{\ Displaystyle {\ frac {c ^ {2} k ^ {2}} {\ omega ^ {2}}} = 1 - {\ frac {\ omega _ {p} ^ {2}} {\ omega ^ { 2}}}} |
ola "O"
|
k→⊥B→0, mi→1⊥B→0{\ Displaystyle {\ vec {k}} \ perp {\ vec {B}} _ {0}, \ {\ vec {E}} _ {1} \ perp {\ vec {B}} _ {0}} |
vs2k2ω2=1-ωpag2ω2ω2-ωpag2ω2-ωh2{\ Displaystyle {\ frac {c ^ {2} k ^ {2}} {\ omega ^ {2}}} = 1 - {\ frac {\ omega _ {p} ^ {2}} {\ omega ^ { 2}}} \, {\ frac {\ omega ^ {2} - \ omega _ {p} ^ {2}} {\ omega ^ {2} - \ omega _ {h} ^ {2}}}} |
onda "X"
|
k→‖B→0{\ Displaystyle {\ vec {k}} \ | {\ vec {B}} _ {0}} (polarización circular derecha) |
vs2k2ω2=1-ωpag2/ω21-(ωvs/ω){\ displaystyle {\ frac {c ^ {2} k ^ {2}} {\ omega ^ {2}}} = 1 - {\ frac {\ omega _ {p} ^ {2} / \ omega ^ {2 }} {1 - (\ omega _ {c} / \ omega)}}} |
Onda "R"
|
k→‖B→0{\ Displaystyle {\ vec {k}} \ | {\ vec {B}} _ {0}} (polarización circular izquierda) |
vs2k2ω2=1-ωpag2/ω21+(ωvs/ω){\ displaystyle {\ frac {c ^ {2} k ^ {2}} {\ omega ^ {2}}} = 1 - {\ frac {\ omega _ {p} ^ {2} / \ omega ^ {2 }} {1 + (\ omega _ {c} / \ omega)}}} |
Onda "L"
|
iones |
B→0=0{\ Displaystyle {\ vec {B}} _ {0} = 0} |
|
-
|
k→‖B→0{\ Displaystyle {\ vec {k}} \ | {\ vec {B}} _ {0}} |
ω2=k2vA2{\ Displaystyle \ omega ^ {2} = k ^ {2} v_ {A} ^ {2}} |
Ola Alfvén
|
k→⊥B→0{\ Displaystyle {\ vec {k}} \ perp {\ vec {B}} _ {0}} |
ω2k2=vs2vs2+vA2vs2+vA2{\ Displaystyle {\ frac {\ omega ^ {2}} {k ^ {2}}} = c ^ {2} \, {\ frac {v_ {s} ^ {2} + v_ {A} ^ {2 }} {c ^ {2} + v_ {A} ^ {2}}}} |
onda magnetosónica
|
Referencias
-
(fr) Este artículo está tomado parcial o totalmente del artículo de Wikipedia en inglés titulado " Waves in plasmas " ( ver la lista de autores ) .
- DG Swanson, “ondas de plasma” , 2003, 2 ª edición;
- TH Stix, "Waves in Plasmas" , 1992.
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