A Langmuir hullámok vagy más néven plazmaoszcilláció, elektromosan vezető közegben, például plazmában vagy fémekben, az elektronok sűrűségében bekövetkező gyors változásokat jelentik. A rezgéseket a szabad elektronok instabilitásaként is lehet jellemezni.

A Langmuir hullámokat elsőként Irving Langmuir amerikai fizikus és Lewi Tonks írta le az 1920-as években.

Keletkezésük szerkesztés

Tételezzük fel, hogy egy elektromosan semleges plazmában, melyet pozitív töltésű ionokból és negatív töltésű elektronokból álló gáz alkot, egyensúlyi állapot van. Ha kis mértékben elmozdítunk egy elektront, vagy elektronok egy csoportját az ionokhoz képest, a Coulomb erő az elektronokat visszahúzza.

Hideg elektronok szerkesztés

Ha az elektronok termikus mozgását elhanyagoljuk, a töltések plazmafrekvenciával rezegnek:

 
 

ahol

  : elektronsűrűség

e: elektromos töltés

m*: az elektronok hatásos tömege

 : a vákuum permittivitása

Megjegyzés: a fenti képlet csak akkor érvényes, ha az ionok tömegét végtelennek tekintjük. Ez jó közelítést ad, mivel az elektronok sokkal könnyebbek, mint az ionok.

A képletet módosítani kell elektron-pozitron párt tartalmazó plazma esetén, ami gyakran előfordul az asztrofizikában.[1]

Megjegyzendő, hogy ha   az elektrontömeg, az   plazmafrekvencia csak az elektronok koncentrációjától ( ) és a fizikai állandóktól függ.

Az

 

plazmafrekvencia számszerű értéke:

  Hz,

ahol   az elektronok száma 1 cm−3-ben.

Meleg elektronok szerkesztés

Ha az elektronok termikus sebességének ( ) hatását is számításba vesszük, az elektronnyomás és az elektromos tér visszaállító erőként működik.[2]

 

Ezt Bohm-Gross diszperziós egyenletnek nevezik.

Ha a térbeli kiterjedés nagy a Debye-hosszhoz képest, a rezgéseket csak gyengén befolyásolja a nyomás; azonban kis méretekben a nyomás dominál, és a hullámok sebessége   lesz.

Ilyen hullámok esetén az elektronok termikus sebessége nagyságrendileg a fázissebesség tartományába esik, így

 

így a plazmahullámok elektronokat gyorsíthatnak fel, amik nagyjából a hullámok fázissebességével mozognak.

Fémben vagy félvezetőben az ionok potenciálját is figyelembe kell venni.

Érdekességek szerkesztés

  • 2006-ban a Texasi Egyetem plazmafizikusai le tudták fényképezni a Langmuir hullámokat, amiket egy 30 TW-os lézer állított elő.[3]

Jegyzetek szerkesztés

  1. Fu, Ying. Optical properties of nanostructures. Pan Stanford, 201. o. (2011) 
  2. *Andreev, A. A. (2000), An Introduction to Hot Laser Plasma Physics, Huntington, New York: Nova Science Publishers, Inc., ISBN 1-56072-803-5
  3. Fastest waves ever photographed. [2013. december 3-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2013. november 15.)

További információk szerkesztés

  • Longair, Malcolm S. (1998), Galaxy Formation, Berlin: Springer, ISBN 3-540-63785-0
  • Andreev, A. A. (2000), An Introduction to Hot Laser Plasma Physics, Huntington, New York: Nova Science Publishers, Inc., ISBN 1-56072-803-5

Fordítás szerkesztés

  • Ez a szócikk részben vagy egészben a Plasma oscillation című angol Wikipédia-szócikk fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.