Was ist der Unterschied zwischen Massengeschwindigkeit und thermischer Geschwindigkeit im Sonnenwindplasma?

Denken Sie an die Atmosphäre auf der Erde. An einem windstillen Tag bewegen sich Partikel in der Luft; sie haben eine Temperatur, die für unsere Zwecke ein Maß für die durchschnittliche kinetische Energie der Teilchen und damit für ihre Durchschnittsgeschwindigkeit ist. Wir können uns die thermische Geschwindigkeit aufgrund ihrer kinetischen Energie als die Geschwindigkeit einzelner Teilchen vorstellen .

Sagen wir jetzt, es wird luftig. Jetzt haben Sie Luftpakete, die sich schneller in eine bestimmte Richtung bewegen. Die Massengeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit dieser Brise als Ganzes, wobei die Bewegung jedes Partikels nicht berücksichtigt wird.

Die Analogie gilt für den Sonnenwind. Ein Klumpen als Ganzes hat eine bestimmte Geschwindigkeit, deren Größe die Massengeschwindigkeit ist. Innerhalb dieses Klumpens bewegen sich einzelne Partikel je nach Art mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten; Dies sind die thermischen Geschwindigkeiten.

Was ist der Unterschied zwischen Massengeschwindigkeit und thermischer Geschwindigkeit im Sonnenwindplasma?

Die kurze Antwort lautet, dass Ersteres das erste Geschwindigkeitsmoment der Teilchengeschwindigkeitsverteilungsfunktion (z. B. Maxwellsche Funktion ) ist und Letzteres vom zweiten Geschwindigkeitsmoment abgeleitet wird.

Eine ausführliche Erklärung der verschiedenen Schallgeschwindigkeiten im Weltraum habe ich unter https://physics.stackexchange.com/a/179057/59023 geschrieben .

Im Sonnenwindplasma haben verschiedene Arten unterschiedliche thermische Geschwindigkeiten, aber alle die gleiche Massengeschwindigkeit.

Eigentlich ist dies nicht ganz richtig. Im Allgemeinen stellen wir fest, dass der Sonnenwind im Durchschnitt eine sogenannte Nullstrombedingung erfüllt , die gegeben ist durch:

$$\sum_{s} \ q_{s} \ n_{s} \mathbf{v}_{s} = 0$$ Wo $q_{s}$ist die Ladung der Arten $s$, $n_{s}$ist die Anzahldichte der Arten $s$, Und $\mathbf{v}_{s}$ist die Massenströmungsgeschwindigkeit von Arten $s$im Zentrum des Impulsrahmens für das gesamte Plasma. Wir stellen fest, dass selbst bei Elektronen der kalte, dichte Kern relativ zur heißen, dünnen Halo-Population driftet, d.h. $\mathbf{v}_{ec} \neq \mathbf{v}_{eh}$.

und bei Sonnenwind ist die thermische Geschwindigkeit nur die Standardabweichung um die Massengeschwindigkeit?

Wie ich unter https://physics.stackexchange.com/a/179057/59023 angegeben habe , ist die häufigste Form der verwendeten thermischen Geschwindigkeit die wahrscheinlichste Geschwindigkeit, die angegeben wird durch:

$$V_{Ts}^{mps} = \sqrt{\frac{ 2 \ k_{B} \ T_{s} }{ m_{s} }}$$ Wo $k_{B}$ist die Boltzmann-Konstante , $T_{s}$ist die Durchschnittstemperatur der Arten $s$, Und $m_{s}$ist die Masse der Arten $s$.