Ondas de sonido iónicas

Las ondas iónicas acústicas (también solo sonido de iones ) son ondas cuasielectrostáticas longitudinales en plasma asociadas con la oscilación de iones . Pueden ser excitados en un plasma isotrópico homogéneo , en el que la temperatura de los electrones es mucho mayor que la temperatura de los iones.

La existencia de ondas iónicas acústicas sólo es posible si se cumple la condición

v_{Ti}\ll {\frac {\omega}{k))\ll v_{Te},

donde , son las velocidades térmicas de iones y electrones, respectivamente, y , son la frecuencia y el número de onda de la onda. Por lo tanto, la velocidad de fase de una onda acústica de iones debe ser significativamente mayor que la velocidad térmica de los iones, pero significativamente menor que la velocidad térmica de los electrones. ${\ Displaystyle v_ {Ti}}$ $v_{{Te}}$ $\omega$ $k$ $v_{{ph}}=\omega /k$

En este caso, la relación de dispersión para ondas ion-acústicas tiene la forma

\omega (k)={\frac {kv_{s}}{\sqrt {1+(kr_{De})^{2}}}},

dónde

v_{s}={\sqrt {\frac {T_{e}}{m_{i}}}}

es la velocidad del sonido iónico (aquí está la temperatura de los electrones, es la masa de los iones);

T_{e}

mi

r_{De}={\sqrt {\frac {T_{e}}{4\pi e^{2}N_{e0}}}}

es el radio de Debye de los electrones (aquí está la carga elemental , es la concentración de electrones no perturbados ).

mi

{\ estilo de visualización N_ {e0}}

En el caso de longitudes de onda grandes , para las cuales , la relación de dispersión toma la forma de una dependencia lineal característica de las ondas sonoras . En el caso de longitudes de onda cortas, para las cuales se cumple la relación inversa , la velocidad de fase de las ondas ionacústicas tiende a cero y su frecuencia tiende a la frecuencia del ion de plasma. $kr_{{De}}\ll 1$ ${\ Displaystyle \ omega (k) = kv_ {s}}$ $kr_{{De}}\gg 1$

\omega _{pi}={\sqrt {\frac {4\pi e^{2}N_{e0}}{m_{i}}}}.

Así, las ondas degeneran en oscilaciones de plasma.

Si las temperaturas de los electrones y los iones difieren ligeramente, la velocidad de fase de las ondas acústicas de iones está cerca de la velocidad térmica de los iones, lo que conduce a una fuerte amortiguación sin colisión de las ondas y la transferencia de su energía a las partículas de plasma.

Con un aumento en la amplitud de las ondas acústicas de iones, comienzan a aparecer efectos no lineales , que conducen a un empinamiento del frente de onda. Sin embargo, la dispersión evita el empinamiento y, en última instancia, puede conducir a la existencia de una clase especial de ondas acústicas iónicas no lineales: los llamados solitones acústicos iónicos , que son perturbaciones solitarias estables de la densidad iónica que se propagan en el espacio.

Literatura

4.1.3. Oscilaciones de iones-sonido // Electrodinámica de plasma / AI Akhiezer . - 2ª ed., revisada.. - M. : Nauka, 1974. - S. 152-154. — 720 s. - 5000 copias.

diccionarios y enciclopedias	gran ruso Britannica (en línea)