等离子体物理学导论L8.ppt

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1、等离子体物理学等离子体物理学导论L8上讲回顾：上讲回顾：2.2 不均匀磁场中粒子的运动不均匀磁场中粒子的运动 磁镜效应磁镜效应2.3 曲率漂移曲率漂移2.4 缓变系统的绝热不变量缓变系统的绝热不变量2.5 不均匀电场的影响不均匀电场的影响本讲本讲:2.6(随时间随时间)渐变电场的影响渐变电场的影响2.7 高频电磁场的作用与有质动力高频电磁场的作用与有质动力2021/5/2222.6(随时间随时间)渐变电场的影响渐变电场的影响作如下变换：作如下变换：假设平行电场分量为零，假设平行电场分量为零，出现了新的惯性力出现了新的惯性力引起漂移，漂移速度为引起漂移，漂移速度为2021/5/223Commen

2、ts:1、该速度与粒子种类、该速度与粒子种类(m,q)相关相关 与质量成正比（理解？）、与电荷成反比、与质量成正比（理解？）、与电荷成反比、正负电荷漂移方向相反正负电荷漂移方向相反 2、该速度与原电场漂移垂直，与电场方向、该速度与原电场漂移垂直，与电场方向 相同相同(或相反或相反)称为极化漂移称为极化漂移(polarization drift)（物理图像描述）（物理图像描述）极化电流极化电流(polarization current)：2021/5/2242.7 高频电磁场的作用与有质动力高频电磁场的作用与有质动力高频电场高频电场(电磁波电磁波)下的震荡解：下的震荡解：振荡中心近似振荡中心近似

3、(类似于迴旋中心近似类似于迴旋中心近似)：考虑在空间弱不均匀电磁场中粒子的运动：考虑在空间弱不均匀电磁场中粒子的运动：将粒子的运动分成在振荡中心作高速振荡运动将粒子的运动分成在振荡中心作高速振荡运动及振荡中心的相对慢的运动之和及振荡中心的相对慢的运动之和将电场在振荡中心附近将电场在振荡中心附近Taylor展开：展开：2021/5/225有质动力：有质动力：ponderomotive force由于带电粒子与电磁场的强烈耦合，电磁场压力由于带电粒子与电磁场的强烈耦合，电磁场压力(即电磁场能量密度的梯度即电磁场能量密度的梯度)可以施于带电粒子上，可以施于带电粒子上，产生有质动力产生有质动力,方向与

4、电荷符号无关方向与电荷符号无关.2021/5/226相关概念：光压相关概念：光压(solar sail?)、波压、磁压、波压、磁压 等离子体受其加速获得定向运动的能量。等离子体受其加速获得定向运动的能量。定向能量由电磁场能量转换而来定向能量由电磁场能量转换而来:(粒子平均振荡能量与荡心的运动能量之和为常数粒子平均振荡能量与荡心的运动能量之和为常数)阿尔芬波波压是一种重要的太阳风加速机制。阿尔芬波波压是一种重要的太阳风加速机制。磁压：磁场对等离子体的洛仑兹力可分解成磁压力和磁张力磁压：磁场对等离子体的洛仑兹力可分解成磁压力和磁张力2021/5/227对等离子体而言对等离子体而言,准电中性保证了电

5、子准电中性保证了电子 离子一起离子一起运动运动以电荷分离形成的电场力为内力，使施加以电荷分离形成的电场力为内力，使施加于等离子体中某一成份上的力，施加于等离子体于等离子体中某一成份上的力，施加于等离子体整体之上。整体之上。单位体积等离子体所受的有质动力为，单位体积等离子体所受的有质动力为，电磁波在等离子体中的相速度大于光速电磁波在等离子体中的相速度大于光速,折射率折射率 12021/5/228第二章小结：第二章小结：粒子迴旋运动：粒子迴旋运动：电磁场中粒子导向中心漂移概述：电磁场中粒子导向中心漂移概述：导向中心近似导向中心近似 V=Vc+Vd 恒定外力造成的漂移恒定外力造成的漂移:(电场力、重

6、力、其它外力电场力、重力、其它外力)2021/5/229磁场梯度造成的净作用力磁场梯度造成的净作用力垂直方向：梯度漂移垂直方向：梯度漂移 平行方向：磁镜效应平行方向：磁镜效应被约束的粒子的投掷角满足被约束的粒子的投掷角满足曲率漂移：曲率漂移：总的磁场不均匀性对应的漂移速度：总的磁场不均匀性对应的漂移速度：2021/5/2210总的电场漂移：总的电场漂移：渐变电场的影响：渐变电场的影响：高频电场作用力：高频电场作用力：有质动力有质动力磁矩守恒磁矩守恒纵向不变量纵向不变量漂移面总磁通守恒：磁漂移面总磁通守恒：磁通不变量通不变量三个绝热不变量：三个绝热不变量：2021/5/2211对于各种漂移项的统

7、一理解：对于各种漂移项的统一理解：粒子的迴旋运动为最快的、基本的运动方式，粒子的迴旋运动为最快的、基本的运动方式，使使粒子具有缠绕磁力线、沿着磁力线运行的趋势粒子具有缠绕磁力线、沿着磁力线运行的趋势任何施加于粒子上的垂直方向的外力有将粒子任何施加于粒子上的垂直方向的外力有将粒子拉离磁力线方向运动的趋势拉离磁力线方向运动的趋势垂直方向漂移运动是上述两种趋势相平衡的结果：垂直方向漂移运动是上述两种趋势相平衡的结果：垂直方向漂移运动对应的垂直方向漂移运动对应的Lorentz力项与力项与外力大小相等、方向相反外力大小相等、方向相反2021/5/2212作业作业1:证明带电粒子证明带电粒子(m,q)在稳恒均匀磁场在稳恒均匀磁场B=Bez，及稳恒均匀力场及稳恒均匀力场F=Fex中运动中运动,证明回旋中心证明回旋中心 垂直于磁场方向的漂移运动速度为垂直于磁场方向的漂移运动速度为:(提示：将运动方程展开成分量形式提示：将运动方程展开成分量形式)作业作业2:证明带电粒子证明带电粒子(m,q)在弱不均匀稳恒磁场中在弱不均匀稳恒磁场中运动，受到由磁场梯度决定的作用力：运动，受到由磁场梯度决定的作用力：作业作业3:.2 .4 .5 .6 .82021/5/2213谢谢谢谢