Ondas en plasmas

En física de plasmas , las ondas en un plasma son un conjunto interconectado de partículas y campos que se propagan periódicamente. Un plasma es un fluido cuasineutral y conductor de electricidad . En su forma más simple, está compuesto por electrones y una sola especie de iones positivos , pero también puede contener múltiples especies de iones, incluyendo iones negativos, así como partículas neutras. Debido a su conductividad eléctrica , un plasma interactúa con campos eléctricos y magnéticos . Este complejo de partículas y campos da lugar a una amplia variedad de fenómenos ondulatorios .

Se supone que los campos electromagnéticos en un plasma tienen dos partes: una parte estática/de equilibrio y una parte oscilante/de perturbación. Las ondas en los plasmas se pueden clasificar como electromagnéticas o electrostáticas según haya o no un campo magnético oscilante. Aplicando la ley de inducción de Faraday a ondas planas , encontramos $\mathbf {k} \times {\tilde {\mathbf {E} }}=\omega {\tilde {\mathbf {B} }}$ lo que implica que una onda electrostática debe ser puramente longitudinal . Una onda electromagnética, en cambio, debe tener un componente transversal , pero también puede ser parcialmente longitudinal.

Las ondas pueden clasificarse además según las especies oscilantes. En la mayoría de los plasmas de interés, la temperatura electrónica es comparable o superior a la temperatura iónica. Este hecho, junto con la masa mucho menor del electrón, implica que los electrones se mueven mucho más rápido que los iones. Un modo electrónico depende de la masa de los electrones, pero se puede suponer que los iones tienen masa infinita, es decir, son estacionarios. Un modo iónico depende de la masa iónica, pero se supone que los electrones no tienen masa y se redistribuyen instantáneamente según la relación de Boltzmann . Solo en raras ocasiones, por ejemplo, en la oscilación híbrida inferior , un modo dependerá tanto de la masa del electrón como de la del ion.

Los distintos modos también pueden clasificarse según se propaguen en un plasma no magnetizado o en paralelo, perpendicular u oblicuo al campo magnético estacionario. Finalmente, para las ondas electromagnéticas de electrones perpendiculares, el campo eléctrico perturbado puede ser paralelo o perpendicular al campo magnético estacionario.

$\omega$ - frecuencia de onda ,
$k$ - número de onda ,
$c$ - velocidad de la luz ,
$\omega _{p}$ - frecuencia de plasma ,
$\omega _{i}$ - frecuencia de plasma de iones ,
$\omega _{c}$ - girofrecuencia electrónica ,
$\Omega _{c}$ - girofrecuencia iónica ,
$\omega _{h}$ - frecuencia híbrida superior ,
$v_{s}$ - velocidad del "sonido" del plasma ,
$v_{A}$ - Velocidad de plasma Alfvén

(El subíndice 0 denota la parte estática del campo eléctrico o magnético, y el subíndice 1 denota la parte oscilante).

Véase también

ondas magnetohidrodinámicas
ecuación de Appleton-Hartree
Plasmón
Resonancia de plasmones superficiales
Estela de electrones
Índice de artículos sobre ondas
Ondas (Juno) (instrumento espacial a bordo del orbitador de Júpiter)
Subsistema de ondas de plasma (instrumento a bordo de las sondas Voyager)

Bibliografía

Swanson, DG Ondas de plasma (2003). 2ª edición.
Stix, Thomas Howard . Ondas en plasmas (1992).
Chen, Francis F. Introducción a la física del plasma y la fusión controlada , 2ª edición (1984).