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
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。
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
频率为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。
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
热运动与
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。
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。