对于等离子体的描述方法 ·1.单粒子运动 仅考虑带电粒子在电磁场中的运动,不考虑带电粒子 运动对电磁场的影响。 方法简单直观,但不自洽,无法求出电磁场的变化 ·2.磁流体力学 将等离子体视为受磁场作用的流体,同时考虑流体的 流动使磁场产生的变化。 结果是自洽的,但等离子体需保持电中性和高导电性, 以至于无须考虑电场的影响。仅适合处理低频长波的 变化,因而被称为等离子体宏观理论
对于等离子体的描述方法 • 1. 单粒子运动 – 仅考虑带电粒子在电磁场中的运动，不考虑带电粒子 运动对电磁场的影响。 – 方法简单直观，但不自洽，无法求出电磁场的变化 • 2. 磁流体力学 – 将等离子体视为受磁场作用的流体，同时考虑流体的 流动使磁场产生的变化。 – 结果是自洽的，但等离子体需保持电中性和高导电性， 以至于无须考虑电场的影响。仅适合处理低频长波的 变化，因而被称为等离子体宏观理论
对于等离子体的描述方法 ·3.多成分流体与电磁场相互作用 对于每种带电粒子视为是一种流体,等离子体由多种 流体成分组成,同时与电磁场发生自洽的相互作用。 电子和离子可以分离,允许静电场存在,可以处理高 频或短波长的问题,但要求同一种流体的速度分布不 是远离平衡态的。 ·4.动理学理论 通过等离子体中电子和离子各种成分的速度分布函数 完整描述等离子体的状态。对带电粒子加速、反射等 现象能够很好地描述。 需要解的信息太多,求解复杂。称为等离子体的微观 理论
对于等离子体的描述方法 • 3. 多成分流体与电磁场相互作用 – 对于每种带电粒子视为是一种流体，等离子体由多种 流体成分组成，同时与电磁场发生自洽的相互作用。 – 电子和离子可以分离，允许静电场存在，可以处理高 频或短波长的问题，但要求同一种流体的速度分布不 是远离平衡态的。 • 4. 动理学理论 – 通过等离子体中电子和离子各种成分的速度分布函数 完整描述等离子体的状态。对带电粒子加速、反射等 现象能够很好地描述。 – 需要解的信息太多，求解复杂。称为等离子体的微观 理论
流体的欧拉描述和拉格朗日描述 ·等离子体描述中,除了非自洽的单粒子运动理论 都将等离子体当作流体或相空间的流体处理。 ·对流体进行描述,考察各个物理量随着时间的变 化,常用的是欧拉法,即考察固定的地点上物理 量随时间的变化,另外一种方法是拉格朗日法, 是考察固定的物质上的物理量随时间的变化。因 为物质是移动的,因此不但随时间变化,也随空 间变化。 微分时的关系 d a dx 一.V dx d a +vv dt at dt dt at
流体的欧拉描述和拉格朗日描述 • 等离子体描述中，除了非自洽的单粒子运动理论， 都将等离子体当作流体或相空间的流体处理。 • 对流体进行描述，考察各个物理量随着时间的变 化，常用的是欧拉法，即考察固定的地点上物理 量随时间的变化，另外一种方法是拉格朗日法， 是考察固定的物质上的物理量随时间的变化。因 为物质是移动的，因此不但随时间变化，也随空 间变化。 • 微分时的关系 , , d d d d dt t dt dt dt t = + = = + x x v v
流体中的线段元 流体中一段长度元l=r2一r1,经过时间At 之后,新的长度元满足 2-r=r2+v(r2)△t-r-v(r1)△t 1+(v(2)-v(r)At=1+/.VvAt d l dt =l Vy d△x (,)2=e2(△xVv)= Ox
流体中的线段元 • 流体中一段长度元 ，经过时间Dt 之后，新的长度元满足 • 2 1 l = − r r 2 1 l = − r r ( ) 2 1 2 2 1 1 2 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) x x x l t t l t l l t dl l dt d v dt x = − = + D − − D = + − D = + D = D = D = r r r v r r v r v r v r v v x e x v r 1
思考题 自然界中,有哪些等离子体物质?它们的 温度、密度的参数范围是什么?试举例说 明 等离子体有哪些描述方式?其中,哪些是 自洽的,哪些不是自洽的? ·对于流体来说,拉格朗日法和欧拉法是怎 样的描述方法?指出其中各自的特点,评 论其优缺点。 第1次课
思考题 • 自然界中，有哪些等离子体物质？它们的 温度、密度的参数范围是什么？试举例说 明。 • 等离子体有哪些描述方式？其中，哪些是 自洽的，哪些不是自洽的？ • 对于流体来说，拉格朗日法和欧拉法是怎 样的描述方法？指出其中各自的特点，评 论其优缺点。 第1次课