Диэлектрическая проницаемость и проводимость ионизированного газа (плазмы)

Относительная диэлектрическая прони­цаемость ионизированного газа отличается от единицы из-за того, что под действием электрического поля проходящей волны электроны получают смещение относитель­но равновесного положения и газ поляризу­ется. Помимо электронов в ионосфере со­держатся ионы и нейтральные молекулы, совершающие беспорядочное тепловое дви­жение. Сталкиваясь с тяжелыми частицами, электроны передают им энергию, получен­ную от электромагнитной волны. При столк­новениях эта энергия переходит в энергию теплового движения тяжелых частиц, что и приводит к поглощению радиоволн в ионизированном газе.

Диэлектрическая проницаемость и удельная проводимость ионизированного газа определяются выражениями

где — масса электрона (9,109 10^-31кг); е — заряд электрона (1,60 10^-19 Кл); — чис­ло соударений электрона с тяжелыми час­тицами, происходящее в 1 с, определяемое тепловым движением частиц; Nэ — элек­тронная плотность, см^-3.

Для высоких частот, когда ²>> ², можно пренебречь величиной ² по сравне­нию с ². Тогда выражения для c учётом подстановки в них числовых значений e, , , можно за­писать:

(4.1)

(4.2)

Используя частоту электромагнитной волны (кГц) формулу для e удобно записать в таком виде:

(4.3)

Это основная расчетная формула для оп­ределения относительной диэлектрической проницаемости ионизированного газа. Оче­видно, что при значительной электронной плотности диэлектрическая проницаемость газа может оказаться равной нулю.

Частота , при которой выполняется условие e = 0,

(4.4)

называется собственной частотой ионизированного газа или часто­той Ленгмюра и является параметром ионизированного газа, удобным для оценки условий распространения радиоволн.

Выражение (4.3) можно переписать иначе, пользуясь понятием собственной час­тоты ионизированного газа:

(4.5)

При < относительная диэлектриче­ская проницаемость e оказывается меньше нуля. Это значит, что коэффициент прелом­ления является мнимой величиной. В такой среде электромагнитные колебания не распространяются и быстро затухают.

Поиск по сайту: