等離子體物理學導論(課堂PPT)

1、1,Introduction to Plasma Physics 等離子體物理學導論 主講: 陳 耀 第8講 山東大學威?？臻g天氣 物理與探測研究中心 2009.3 2009.6,2,上講回顧： 2.2 不均勻磁場中粒子的運動 磁鏡效應 2.3 曲率漂移 2.4 緩變系統(tǒng)的絕熱不變量 2.5 不均勻電場的影響 本講: 2.6 (隨時間)漸變電場的影響 2.7 高頻電磁場的作用與有質(zhì)動力,3,2.6 (隨時間)漸變電場的影響,作如下變換：,假設(shè)平行電場分量為零，,出現(xiàn)了新的慣性力引起漂移，漂移速度為,4,Comments: 1、該速度與粒子種類(m, q)相關(guān) 與質(zhì)量成正比（理解？）、與電荷成反

2、比、 正負電荷漂移方向相反 2、該速度與原電場漂移垂直，與電場方向 相同(或相反) 稱為極化漂移(polarization drift) （物理圖像描述） 極化電流(polarization current)：,5,2.7 高頻電磁場的作用與有質(zhì)動力,高頻電場(電磁波)下的震蕩解： 振蕩中心近似 (類似于迴旋中心近似)： 考慮在空間弱不均勻電磁場中粒子的運動：,將粒子的運動分成在振蕩中心作高速振蕩運動 及振蕩中心的相對慢的運動之和,將電場在振蕩中心附近Taylor展開：,6,有質(zhì)動力：ponderomotive force,由于帶電粒子與電磁場的強烈耦合，電磁場壓力 (即電磁場能量密度的梯度)

3、可以施于帶電粒子上， 產(chǎn)生有質(zhì)動力, 方向與電荷符號無關(guān).,7,相關(guān)概念：光壓 (solar sail?)、波壓、磁壓,等離子體受其加速獲得定向運動的能量。 定向能量由電磁場能量轉(zhuǎn)換而來: (粒子平均振蕩能量與蕩心的運動能量之和為常數(shù)),阿爾芬波波壓是一種重要的太陽風加速機制。 磁壓：磁場對等離子體的洛侖茲力可分解成磁壓力和磁張力,8,對等離子體而言, 準電中性保證了電子 離子一起運動以電荷分離形成的電場力為內(nèi)力，使施加于等離子體中某一成份上的力，施加于等離子體整體之上。 單位體積等離子體所受的有質(zhì)動力為，,電磁波在等離子體中的相速度大于光速, 折射率 1,9,第二章小結(jié)： 粒子迴旋運動： 電

4、磁場中粒子導向中心漂移概述： 導向中心近似 V = Vc + Vd,恒定外力造成的漂移: (電場力、重力、其它外力),10,磁場梯度造成的凈作用力 垂直方向：梯度漂移 平行方向：磁鏡效應 被約束的粒子的投擲角滿足 曲率漂移： 總的磁場不均勻性對應的漂移速度：,11,總的電場漂移：,漸變電場的影響：,高頻電場作用力： 有質(zhì)動力,磁矩守恒 縱向不變量 漂移面總磁通守恒：磁通不變量,三個絕熱不變量：,12,對于各種漂移項的統(tǒng)一理解： 粒子的迴旋運動為最快的、基本的運動方式， 使粒子具有纏繞磁力線、沿著磁力線運行的趨勢 任何施加于粒子上的垂直方向的外力有將粒子 拉離磁力線方向運動的趨勢 垂直方向漂移運動是上述兩種趨勢相平衡的結(jié)果： 垂直方向漂移運動對應的Lorentz力項與 外力大小相等、方向相反,13,作業(yè)1: 證明帶電粒子(m,q)在穩(wěn)恒均勻磁場B = Bez， 及穩(wěn)恒均勻力場F=Fex中運動, 證明回旋中心 垂直于磁場方向的漂移運動速度為: (提示：將運動方程展開成分量形式),作業(yè)2: 證明帶電粒子(m,q