Іонний звук

Іонний звук — хвилі в плазмі, при яких із положення рівноваги зміщуються важкі іони. Іонний звук загалом аналогічний звуковим коливанням у газах, однак має свої особливості, пов'язані з кулонівською взаємодією іонів із вільними електронами.

Швидкість іонного звуку визначається за формулою

$v_s=\sqrt{\frac{{\gamma }_e{k}_B{T}_e+{\gamma }_{i}Z{k}_B{T}_i}{M}}$,

де ${\gamma }_e$ та ${\gamma }_i$ — показники адіабати для електронів та іонів, відповідно, Z — ступінь іонізації іонів, $T_e$ та $T_i$ — електронна та іонна температури, відповідно, M — маса іонів, $k_B$ — стала Больцмана.

Електронна температура може відрізнятися від іонної при швидкому нагріванні плазми, при якому енергію отримують у першу чергу легкі частники — електрони, й теплова рівновага між електронною та іонною підсистемами ще не встановилася. Якщо $T_e\gg T_i$, другий член у чисельнику під коренем малий. Показник ${\gamma }_e$ можна вважати близьким до одиниці, оскільки процеси в електронній підсистемі відбуваються ізотермічно.

Дисперсія

При збільшенні частоти звукових хвиль закон дисперсії іонного звуку набирає вигляду

${\omega }^2=\frac{v_s^2{k}^2}{1+k^2{d}^2}$,

де k — хвильове число, d — дебаївський радіус екранування.

Відношення $v_s/d$ накладає обмеження на частоту іонного звуку в плазмі. Для дуже коротких хвиль фазова швидкість прямує до нуля, при цьому відбуваються коливання іонів при непорушній електронній підсистемі плазми, зміщенню в якій перешкоджає тиск.

Див. також

• Магнітозвукові хвилі

Джерела

• Шаблон:Cite book

Шаблон:Physics-stub