|
|
Плазма в высокочастотном полеЭлектрон, колеблющийся под действием высокочастотного поля, изменяет свое положение в пространстве. Как и у любой другой материальной точки, совершающей колебания под действием периодической силы, смещение s электрона под действием переменного электрического поля отстает по фазена 90о от скорости. По отношению к действующей силе смещение s отстает на 180°, т. е. оказывается направленным противоположно силе. Отсюда следует, что в высокочастотном поле плазма ведет себя как вещество, свойства которого противоположны свойствам обычных диэлектриков. Для того чтобы выяснить, в чем заключаются эти особые свойства плазмы, сравним рис. 1.4, а и б. На них показано, как под действием электрического поля смещаются заряды в обычном диэлектрике (см. рис. 1.4, а) и в плазме (см. рис. 1.4, б). Для удобства сравнения будем считать, что в обоих случаях смещаются только электроны. Рассматривая левый рисунок, относящийся к обычному диэлектрику, мы видим, что электроны движутся по направлению действующей на них силы (т. е. противоположно напряженности Е). Это происходит вследствие того, что электроны в диэлектрике не являются свободными частицами, а тесно связаны с атомами. Благодаря смещению электронов на границах диэлектрика образуются поверхностные заряды. С одной стороны выступают наружу сместившиеся под действием поля электроны, а с другой — обнажаются положительные заряды, которые, в отсутствие поля, нейтрализуют заряд электронов.
а б Рис. 1.4. Смещение зарядов в электрическом поле. Поверхностные заряды создают поле, напряженность которого ΔЕ направлена противоположно напряженности Е внешнего поля. Поэтому внутри диэлектрика напряженность электрического поля Е' уменьшается. Отношение напряженности внешнего поля к напряженности ослабленного поля внутри диэлектрика называется, как известно, диэлектрической проницаемостью вещества ε. При этом ε всегда остается больше единицы. Обратимся теперь к рис. 1.4, б, на котором показана ситуация, характерная для плазмы. В этом случае электроны смещаются в направлении напряженности поля, и поэтому на границах области появляются заряды, увеличивающие напряженность поля внутри плазмы. Следовательно, диэлектрическая проницаемость плазмы меньше единицы. Чем меньше частота колебаний напряженности электрического поля со, тем больше размах колебаний электронов, т. е. их смещение. Поэтому с уменьшением ω диэлектрическая проницаемость плазмы уменьшается. Расчет показывает, что диэлектрическая проницаемость ε должна обратиться в нуль при частоте
(1.20) ωk=e√ne/meε0
Частота ωк называется критической. При ознакомлении с колебательными процессами в плазме мы уже встречались с этой величиной. Оказывается, критическая частота совпадает с плазменной (ленгмюровской) частотой собственных электронных колебаний в плазме. Величина ε связана с ω и ωk соотношением: (1.21 ) ε =1-(ω2k/ω2) Если ω < ωк, то диэлектрическая проницаемость отрицательна. С этим фактом связано одно важное свойство плазмы, относящееся к законам распространения радиоволн. Примерно 100 лет назад Максвелл установил связь между диэлектрической проницаемостью вещества ε и показателем преломления n электромагнитных волн в веществе: (1.22) n = √ε Из этой формулы, в частности, вытекает, что отрицательным значениям ε соответствует мнимое значение показателя преломления, а, следовательно, и мнимое значение скорости распространения волн в веществе (так как скорость электромагнитных волн равна отношению скорости света к коэффициенту преломления). Другими словами, это значит, что при отрицательной диэлектрической проницаемости электромагнитные волны не могут распространяться в веществе и должны полностью отражаться от него. Поэтому по отношению к электромагнитным волнам с частотой ниже критической плазма является идеальным отражателем. Именно благодаря этому обстоятельству радиоволны могут распространяться вокруг земного шара. Над поверхностью Земли на расстояниях от 40 до 200 км находится ионосфера, состоящая из нескольких слоев разреженной плазмы. Отражение радиоволн от ионосферы и является причиной того, что эти волны могут достигать удаленных пунктов Земли, которые находятся за пределами прямой видимости. Минимальная длина волны для радиоизлучения, которое может проходить через плазму, определяется выражением (1.23) λк=c/υk=2πc/ωk Подставляя сюда критическую частоту из формулы, находим: (1.24)
При λ < λк показатель преломления плазмы можно найти по формуле n=√1-(λ2/λ2k), которая следует из соотношений.[1]   Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...  ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...  ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...  Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
