Ondas en plasmas

En física del plasma, las ondas en plasmas son un conjunto interconectado de partículas y campos que se propagan de forma periódica. Un plasma es un fluido casi neutro y eléctricamente conductor. En el caso más simple, está compuesto por electrones y una sola especie de iones positivos, pero también puede contener múltiples especies de iones, incluidos iones negativos y partículas neutras. Debido a su conductividad eléctrica, un plasma se acopla a campos eléctricos y magnéticos. Este complejo de partículas y campos sustenta una amplia variedad de fenómenos ondulatorios.

Los campos electromagnéticos en un plasma se supone que tienen dos partes, una parte estática/equilibrio y una parte oscilante/perturbación. Las olas en plasma pueden clasificarse como electromagnéticas o electrostáticas según si existe o no un campo magnético oscilante. Aplicando la ley de inducción de Faraday a las olas de avión, encontramos k× × E~ ~ =⋅ ⋅ B~ ~ {displaystyle mathbf {k} times {tilde {mathbf {E}=omega {fnMitbf} {B}}}, implicando que una onda electrostática debe ser puramente longitudinal. Una onda electromagnética, por el contrario, debe tener un componente transversal, pero también puede ser parcialmente longitudinal.

Las ondas se pueden clasificar además según las especies oscilantes. En la mayoría de los plasmas de interés, la temperatura de los electrones es comparable o mayor que la temperatura de los iones. 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 son infinitamente masivos, es decir, estacionarios. Un modo iónico depende de la masa del ion, pero se supone que los electrones no tienen masa y se redistribuyen instantáneamente según la relación de Boltzmann. Sólo en raras ocasiones, p. En la oscilación híbrida inferior, un modo dependerá tanto de la masa del electrón como de la del ion.

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

Resumen de las ondas plasmáticas elementales

Em carácter	especies oscilantes	condiciones	dispersión relación	Nombre
electrostática	electrones	B→ → 0=0 or k→ → . . B→ → 0{displaystyle {vec}_{0}=0 {rm {fn}fn} {fnK}fncipado {fnMic} {B}_{0}	⋅ ⋅ 2=⋅ ⋅ p2+3k2vth2{displaystyle omega ^{2}=omega ¿Qué?	oscilación plasmática (o onda Langmuir)
		k→ → ⊥ ⊥ B→ → 0{displaystyle {vec}perp} {fnK}	⋅ ⋅ 2=⋅ ⋅ p2+⋅ ⋅ c2=⋅ ⋅ h2{displaystyle omega ^{2}=omega ################################################################################################################################################################################################################################################################ ¿Qué?	oscilación híbrida superior
	iones	B→ → 0=0 or k→ → . . B→ → 0{displaystyle {vec}_{0}=0 {rm {fn}fn} {fnK}fncipado {fnMic} {B}_{0}	⋅ ⋅ 2=k2vs2=k2γ γ eKTe+γ γ iKTiM{displaystyle omega ^{2}=k^{2}v_{2}=k^{2}{2}{frac} {gamma} ¿Por qué? ¿Qué?	onda acústica ion
		k→ → ⊥ ⊥ B→ → 0{displaystyle {vec}perp} {fnK} (casi)	⋅ ⋅ 2=Ω Ω c2+k2vs2{displaystyle omega ^{2}= Omega ¿Qué?	onda de ciclotron de ion electrostática
		k→ → ⊥ ⊥ B→ → 0{displaystyle {vec}perp} {fnK} (exactamente)	⋅ ⋅ 2=[()Ω Ω c⋅ ⋅ c)− − 1+⋅ ⋅ i− − 2]− − 1{displaystyle omega ^{2}=[(Omega _{c}omega _{c})^{-1}+omega ¿Qué?	menor oscilación híbrida
electromagnética	electrones	B→ → 0=0{displaystyle {vec}_{0}=0}	⋅ ⋅ 2=⋅ ⋅ p2+k2c2{displaystyle omega ^{2}=omega ¿Qué?	onda ligera
		k→ → ⊥ ⊥ B→ → 0, E→ → 1. . B→ → 0{fnMicrosoft Sans Serif} {fnMicrosoft Sans Serif} {B}_{0}	c2k2⋅ ⋅ 2=1− − ⋅ ⋅ p2⋅ ⋅ 2{fnK} {fnK} {fnK}} {fnK}}} {fnK}}} {fn}}}} {fn}}}}} {fnK}}}}} {fnK}}}}} {fnK}}}}}}}}}} ¿Qué?	O onda
		k→ → ⊥ ⊥ B→ → 0, E→ → 1⊥ ⊥ B→ → 0{fnMicrosoft Sans Serif} {fnMicrosoft Sans Serif} {fnK}	c2k2⋅ ⋅ 2=1− − ⋅ ⋅ p2⋅ ⋅ 2⋅ ⋅ 2− − ⋅ ⋅ p2⋅ ⋅ 2− − ⋅ ⋅ h2{displaystyle {f} {fnK} {fnK} {fnK}} {fnK}} {fn}}} {fn}}} {fnK}}}} {fnK}}}}}}} {fnK}}}}}}} {fnKf}}}} ^{2}=1-{frac {omega {fnK} {fnMiega} ^{2},{frac {omega ^{2}-omega {fnK} {fnMiega} ^{2}-omega ¿Qué?	Ola X
		k→ → . . B→ → 0{displaystyle {vec {fnK}fnMicrosoft {fnMicrosoft}fnMicrosoft Sans Serif} {B}_{0} (circo derecho. pol.)	c2k2⋅ ⋅ 2=1− − ⋅ ⋅ p2/⋅ ⋅ 21− − ()⋅ ⋅ c/⋅ ⋅ ){fnK} {fnK} {fnK}} {fnK}}} {fnK}}} {fn}}}} {fn}}}}} {fnK}}}}} {fnK}}}}} {fnK}}}}}}}}}} ¿Qué?	Ola R (modo histler)
		k→ → . . B→ → 0{displaystyle {vec {fnK}fnMicrosoft {fnMicrosoft}fnMicrosoft Sans Serif} {B}_{0} (izquierda circ. pol.)	c2k2⋅ ⋅ 2=1− − ⋅ ⋅ p2/⋅ ⋅ 21+()⋅ ⋅ c/⋅ ⋅ ){fnK} {fnK} {fnK}} {fnK}}} {fnK}}} {fn}}}} {fn}}}}} {fnK}}}}} {fnK}}}}} {fnK}}}}}}}}}} ¿Qué?	La onda
	iones	B→ → 0=0{displaystyle {vec}_{0}=0}		ninguno
		k→ → . . B→ → 0{displaystyle {vec {fnK}fnMicrosoft {fnMicrosoft}fnMicrosoft Sans Serif} {B}_{0}	⋅ ⋅ 2=k2vA2{displaystyle omega ^{2}=k^{2}v_{A} {2}	Alfvén wave
		k→ → ⊥ ⊥ B→ → 0{displaystyle {vec}perp} {fnK}	⋅ ⋅ 2k2=c2vs2+vA2c2+vA2{displaystyle {frac {omega ¿Qué? {fnK} {f}}} {cc}c}c}c}}}} {c}}}} {c}} {c}}}}}}}} {c} {c}}} {c}}}}}}}}}}} {c}}}}}}}}}}} {c} {c}}}}}}}}}}}}} {c}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {c}}}}}}}}} {c}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {c}} {c}}}} {cc}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}	onda magnetosónica

⋅ ⋅ {displaystyle omega } - frecuencia de onda, k{displaystyle k} - número de onda, c{displaystyle c} - velocidad de luz, ⋅ ⋅ p{displaystyle omega _{p} - Frecuencia de plasma. ⋅ ⋅ i{displaystyle omega _{i} - frecuencia de plasma ion, ⋅ ⋅ c{displaystyle omega _{c} - Girofrecuencia electrones, Ω Ω c{displaystyle Omega _{c} - ion gyrofrequency, ⋅ ⋅ h{displaystyle omega _{h} - frecuencia híbrida superior, vs{displaystyle v_{s} - velocidad de "sonido" de plasma, vA{displaystyle V_{A} - Velocidad de plasma Alfvén

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