Langmuir-hullámok

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

A Langmuir hullámok vagy más néven plazmaoszcilláció, elektromosan vezető közegben, például plazmában vagy fémekben, az elektronok sűrűségében bekövetkező gyors változásokat jelentik. A rezgéseket a szabad elektronok instabilitásaként is lehet jellemezni.

A Langmuir hullámokat elsőként Irving Langmuir amerikai fizikus és Lewi Tonks írta le az 1920-as években.

Keletkezésük[szerkesztés]

Tételezzük fel, hogy egy elektromosan semleges plazmában, melyet pozitív töltésű ionokból és negatív töltésű elektronokból álló gáz alkot, egyensúlyi állapot van. Ha parányi mértékkel megnöveljük az elektronok számát az ionokhoz viszonyítva, a Coulomb erő az elektronokat visszahúzza.

Hideg elektronok[szerkesztés]

Ha az elektronok termikus mozgását elhanyagoljuk, a töltések plazmafrekvenciával rezegnek:

ahol

 : elektronsűrűség

e: elektromos töltés

m*: az elektronok hatásos tömege

: a vákuum permittivitása

Megjegyzés: a fenti képlet csak akkor érvényes, ha az ionok tömegét végtelennek tekintjük. Ez jó közelítést ad, mivel az elektronok sokkal könnyebbek, mint az ionok.

A képletet módosítani kell elektron-pozitron párt tartalmazó plazma esetén, ami gyakran előfordul az asztrofizikában.[1]

Megjegyzendő, hogy ha az elektrontömeg, az plazmafrekvencia csak az elektronok koncentrációjától () és a fizikai állandóktól függ.

Az

plazmafrekvencia számszerű értéke:

Hz,

ahol az elektronok száma 1 cm−3-ben.

Meleg elektronok[szerkesztés]

Ha az elektronok termikus sebességének () hatását is számításba vesszük, az elektronnyomás és az elektromos tér visszaállító erőként működik.[2]

Ezt Bohm-Gross diszperziós egyenletnek nevezik.

Ha a térbeli kiterjedés nagy a Debye-hosszhoz képest, a rezgéseket csak gyengén befolyásolja a nyomás; azonban kis méretekben a nyomás dominál, és a hullámok sebessége lesz.

Ilyen hullámok esetén az elektronok termikus sebessége nagyságrendileg a fázissebesség tartományába esik, így

így a plazmahullámok elektronokat gyorsíthatnak fel, amik nagyjából a hullámok fázissebességével mozognak.

Fémben vagy félvezetőben az ionok potenciálját is figyelembe kell venni.

Érdekességek[szerkesztés]

  • 2006-ban a Texasi Egyetem plazmafizikusai le tudták fényképezni a Langmuir hullámokat, amiket egy 30 TW-os lézer állított elő.[3]

Jegyzetek[szerkesztés]

  1. Fu, Ying. Optical properties of nanostructures. Pan Stanford, 201. o (2011) 
  2. * Andreev, A. A. (2000), An Introduction to Hot Laser Plasma Physics, Huntington, New York: Nova Science Publishers, Inc., ISBN 1-56072-803-5
  3. Fastest waves ever photographed

További információk[szerkesztés]

Longair, Malcolm S. (1998), Galaxy Formation, Berlin: Springer, ISBN 3-540-63785-0

Andreev, A. A. (2000), An Introduction to Hot Laser Plasma Physics, Huntington, New York: Nova Science Publishers, Inc., ISBN 1-56072-803-5

Fordítás[szerkesztés]

  • Ez a szócikk részben vagy egészben a Plasma oscillation című angol Wikipédia-szócikk fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel.