Курсовая работа по физике на тему Продольное распространение электромагнитных волн в намагниченной плазме

Введение

Наравне с изотропными средами некоторые проявляют различные свойства в зависимости от направления. Эти среды называются анизотропными.
В анизотропных средах каждая проекция векторов может быть в общем случае зависеть от трех проекций векторов . Следовательно, имеем следующее равенство (1.1):
(1.1)
При введении тензоров магнитной и диэлектрической проницаемости уравнения (1.1) приобретают вид: ; (1.2)
Для установления поля в анизотропной среде нужно решить уравнения Максвелла в гипотезе, что магнитная и диэлектрические проницаемости являются тензорами вида:

; (1.3)

Энергия электромагнитного поля в анизотропной среде находится выражением:
(1.4)
Типичными анизотропными средами являются ферриты и ионизированные газы, намагниченные постоянным магнитным полем. плазма.
Плазма представляет собой электрически нейтральный газ, в котором атомы или молекулы в основном ионизированы.
Плазма обладает многими свойствами, отличающими ее от обычных газов, содержащих только нейтральные молекулы. Следовательно, плазма имеет более высокую электропроводность, чем обычные газы, из-за наличия свободных зарядов. Свойства за магниченной плазмы различны для разных направлений магнитного поля. Под действием постоянного магнитного поля может проявлять анизотропные свойства.
Плазма содержит большое количество заряженных частиц, которые беспорядочно движутся в отсутствие постоянного магнитного поля (не намагниченная плазма).
Целью работы является изучение продольного распространения электромагнитных волн в намагниченной плазме, их свойств и параметров.
Область исследования: плазма.
 
1. Характеристика плазмы в постоянном магнитном поле
В плазме без магнитного поля спектр возможных волн существенно ограничивается продольными ленгмюровскими и ионно-акустическими волнами (возможны также так называемые «энтропийные» волны — своего рода «барическая яма») и поперечными плазменными волнами. Все чаще в магнитоактивной плазме, кроме этих волн, появляется много новых волн. Это поперечные альфвеновские волны, магнитозвуковые волны (или магнитные звуки, эти волны часто обозначают аббревиатурой МСМ), а также быстрая МСМ, медленная МСМ, «косая» МСМ, циклотронный резонанс и циклотронные волны, содержащие ионы. - Циклотронные волны, и электронные циклотронные волны, нижние и верхние гибридные волны, геликоны (винтовые волны) или "свистящая атмосфера" и т.д.
Как было сказано выше, закон дисперсии волн и их свойства сильно зависят от взаимной ориентации направлений распространения волн. Ее волновой вектор, вектор внешнего магнитного поля и вектор электрического поля волны.
Таким образом, простейшая классификация волн в магнитоактивной плазме сводится к перечислению всех возможных взаимных ориентаций этих трех векторов. В отличие от обычных газов, содержащих нейтральные частицы, плазма обладает высокой проводимостью благодаря свободным частицам.
Под действием постоянного магнитного поля плазма может проявлять анизотропные свойства. На каждый свободный электрон в незамагниченной плазме под действием сильного электрического поля действует сила
. (2.1)
Пускай наряду с полем на плазму оказывать воздействие постоянное магнитное поле . Как только под воздействием электрического поля электрон приобретает скорость ????̅, на него начинает воздействовать со стороны магнитного поля сила Лоренца (2.2)
Из формулы (2.2) заметно, что величина и направление силы Лоренца будет зависеть от взаимной ориентации векторов и .
Допустим вначале, что после того, как электрону была придана первоначальная скорость векторов , вектор которой параллелен , электрическое поле пропадает. Тогда в зависимости от направления вектора по отношению к электроны будут передвигаться по различным траекториям.
Если ∥ то согласно (2.2) сила Лоренца =0 и частицы передвигаются прямолинейно вдоль силовых линий стабильного магнитного поля . При ⊥ сила Лоренца имеет предельное значение
(2.3)
Следственно, свойства намагниченной плазмы разнообразны для полей разного направления. Другими словами, п