
【化】 plasma frequency
【化】 plasma
frequency
【计】 F; frequency
【化】 frequency
【医】 frequency
【经】 frequency
等离子体频率(Plasma Frequency)是等离子体物理学中的核心概念,指等离子体中电子受到扰动后产生集体振荡的特征频率。以下从汉英词典角度进行详细解释:
术语定义与物理意义
中文全称为"等离子体频率",英文对应"Plasma Frequency",国际音标标注为 /ˈplæzmə ˈfriːkwənsi/。该频率描述了当等离子体中的电子偏离平衡位置时,库仑恢复力作用下产生的固有振荡现象。其物理本质是电子惯性质量与静电恢复力动态平衡的结果。
数学表达式
$$
omega_p = sqrt{frac{n_e e}{varepsilon_0 m_e}}
$$
其中:
该公式源自《等离子体物理基础》(科学出版社,2020)的经典推导。
关键特性
当电磁波频率低于等离子体频率时会发生全反射,这一特性被应用于电离层通信和隐形技术领域。美国物理联合会(AIP)的实验数据表明,典型电离层的等离子体频率范围在3-30 MHz之间。
工程应用
在半导体制造工艺中,等离子体频率决定刻蚀设备的射频参数选择。国际电气电子工程师协会(IEEE)的《等离子体科学汇刊》记载,晶圆加工常用的等离子体密度对应频率约在2.45 GHz。
以上解释参考了中国科学院《物理学名词》审定委员会(第三版)、美国物理联合会(AIP)数据库及IEEE Xplore数字图书馆等权威来源。
等离子体频率是描述等离子体电荷集体振荡特性的重要物理量,其核心定义和原理可归纳如下:
等离子体频率(Plasma Frequency)指等离子体内部因电荷分离引发的电子集体振荡频率。当局部区域出现正负电荷分离时,质量较大的离子可视为固定背景,电子在静电力作用下进行简谐振荡,这种固有振荡频率即等离子体频率。它直接反映了等离子体对电场扰动的响应速度。
电荷分离与恢复机制
当等离子体局部电中性被破坏(如热涨落导致),电子受库仑力作用产生位移,形成与离子背景的电荷分离。静电力将电子拉回平衡位置,但因惯性会“过冲”,从而形成持续振荡(类似弹簧振子)。
振荡模型
在冷等离子体(忽略电子热运动)中,电子振荡可等效为简谐运动,其角频率公式为:
$$
omega_p = sqrt{frac{n_e e}{varepsilon_0 m_e}}
$$
其中:
电磁波传播判据
当入射电磁波频率 ( omega < omega_p ) 时,等离子体会反射电磁波(如电离层对无线电波的反射);当 ( omega > omega_p ) 时,电磁波可穿透等离子体。这一特性被应用于通信卫星和核聚变装置的微波控制。
等离子体诊断
通过测量等离子体频率可反推电子密度,例如在实验室等离子体或星际介质研究中,公式 ( n_e propto omega_p ) 提供了关键的诊断手段。
在热等离子体中,需考虑电子热运动对振荡的影响,此时会激发朗缪尔波(Langmuir wave),其频率为 ( omega = sqrt{omega_p + 3k_B T_e k/m_e} ),其中 ( T_e ) 为电子温度,( k ) 为波数。
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