Apa itu Plasma; model elektron bebas? — Fisika

Definisi 14.1 Fisika Universitas — Tahun 2 · Bab 14 — Gelombang Elektromagnetik dalam Plasma, Penghantar dan Dielektrik

Yang disebut plasma adalah gas yang netral secara keseluruhan yang terdiri atas elektron bebas (kerapatan $n$ , massa $m$ , muatan $-e$ ) dan ion positif, yang, karena beribu-ribu kali lebih berat, diambil sebagai tetap. Atmosfer atas (ionosfer, $n \sim 10^{11}$ – $10^{12}$ m $^{-3}$ ), sebuah tabung lucutan, korona matahari, dan — pada frekuensi optik — elektron hantaran sebuah logam adalah plasma. Tumbukannya diabaikan (periode gelombangnya pendek dibandingkan waktu di antara tumbukannya). Frekuensi cirinya adalah frekuensi plasma

\omega_p = \sqrt{\frac{ne^2}{\varepsilon_0m}} , \qquad f_p = \frac{\omega_p}{2\pi} \approx 9\,\text{Hz}\times\sqrt{n\,[\text{m}^{-3}]} :

$3\,\mathrm{MHz}$ sampai $9\,\mathrm{MHz}$ bagi ionosfer, $2 \times 10^{15}\,\mathrm{Hz}$ (ultraungu) bagi sebuah logam.

Kiri: hubungan dispersi sebuah plasma — tak ada perambatan di bawah _p, sebuah hiperbola yang mendekati garis cahaya di atasnya. Kanan: gelombang pendek di bawah frekuensi plasmanya dipantulkan ionosfer lalu melompat mengelilingi Bumi; frekuensi yang lebih tinggi lolos ke antariksa. — Kiri: hubungan dispersi sebuah plasma — tak ada perambatan di bawah $\omega_p$ , sebuah hiperbola yang mendekati garis cahaya di atasnya. Kanan: gelombang pendek di bawah frekuensi plasmanya dipantulkan ionosfer lalu melompat mengelilingi Bumi; frekuensi yang lebih tinggi lolos ke antariksa.

Contoh

Contoh 14.4 (Ionosfer dan radio)

Dengan $n = 1 \times 10^{12}\,\mathrm{m}^{-3}$ dalam lapisan F, $f_p = 9\,\mathrm{MHz}$ : siaran gelombang pendek di bawah nilai itu terpantul (dan dapat melompat mengelilingi Bumi antara ionosfer dan tanahnya), FM ( $100\,\mathrm{MHz}$ ), televisi dan sambungan satelit lolos. Gelombang $3\,\mathrm{MHz}$ hanya menembus $1/\kappa = c/\sqrt{\omega_p^2 - \omega^2} = 6\,\mathrm{m}$ ke dalam lapisannya sebelum berbalik. Sebuah wahana yang masuk kembali ke atmosfer terselubungi plasma dengan $n \sim 10^{18}$ m $^{-3}$ , $f_p \sim 10\,\mathrm{GHz}$ : hubungan radionya terputus bermenit-menit.

Baca dalam konteks →