Ich kann anscheinend keine zufriedenstellende, intuitive Erklärung dafür finden, wie sich elektromagnetische Wellen verhalten, wenn sie auf ein kaltes Plasma treffen (d.h. eines, wo ). Meine Intuition für das Verhalten unterhalb der Plasmafrequenz ist, dass die einfallende Welle die Elektronen im Plasma so zum Schwingen bringt, dass sie Strahlungen erzeugen, die die übertragene Welle aufheben und eine reflektierte Welle in die entgegengesetzte Richtung erzeugen (ist das richtig?). Ich verstehe auch, dass die Elektronen bei sehr hoher Frequenz nicht schnell genug reagieren, wodurch sich das Plasma wie ein Vakuum verhält. Die Existenz dieser sehr scharfen Verhaltensänderung und was jenseits der Plasmafrequenz passiert, verblüfft mich jedoch.
Vielen Dank im Voraus
Ihr Verständnis ist grundsätzlich richtig. Ein hilfreicher Weg, um die Grenze zu verstehen, wo
ist, den Brechungsindex zu betrachten,
Für elektromagnetische (EM) Wellen, die auf ein kaltes, unmagnetisiertes Plasma einfallen, kann angenommen werden, dass die Ionen aufgrund ihrer Trägheit relativ zu den Elektronen in Ruhe sind. Die viel leichteren Elektronen bewegen sich leichter als Reaktion auf das elektrische Feld einer EM-Welle. Die Verschiebung zwischen einem Elektron und einem Ion aufgrund der EM-Welle erzeugt ein elektrisches Dipolmoment, das die relative Permittivität des Plasmas beeinflusst ,
Die Verschiebung ist durch die Bewegungsgleichung gegeben und folgt auch einer einfachen harmonischen Bewegung, wie Sean vorgeschlagen hat, , So
Nun betrachten wir die verschiedenen Fälle in Abhängigkeit von der Frequenz der EM-Welle. Im Allgemeinen sind die Elektronen in einem kalten Plasma in der Lage, auf die EM-Welle auf einer charakteristischen Zeitskala von zu reagieren :
Ich hoffe, das erklärt die starke Frequenzabhängigkeit der Reflexions- und Transmissionskoeffizienten. Für eine gute Beschreibung der Strahlung in einem Dielektrikum empfehle ich, diese Antwort zu lesen .
Darstellung der Dispersionsrelation für EM-Wellen in einem Plasma:
Sean E. Lake
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Sean E. Lake
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Selene Rouley
Alf