Ионосфера. Ионизация. Соотношение между концентрацией свободных электронов и отрицательных ионов. Отражение радиоволн от ионосферы, страница 11

Посмотрим теперь, как будет вести себя плазма при действии электромагнитного излучения. Будем считать, что частота колебаний электромагнитного поля настолько велика, что за время между столкновениями отдельной заряженной частицы происходит много периодов колебаний поля. Тогда ролью столкновений можно пренебречь, и поэтому считать заряженные частицы свободными. Если бы это было не так, часть энергии движения частиц в электромагнитном поле  терялась бы в столкновениях, и плазма частично поглощала бы излучение (что на самом деле и происходит в нижней области D ионосферы).

Согласно проведенному выше рассмотрению, под действием электрического поля положительные заряды будут смещаться в сторону, противоположную полю, а электроны – наоборот. Такое разделение зарядов приводит к тому, что электрическое поле в плазме будет увеличиваться. Эта ситуация прямо противоположна случаю с диэлектриком, в котором электрическое поле  ослабляется вследствие поляризации диэлектрика. Разница обусловлена тем, что в отличие от плазмы электрические заряды в диэлектрике связаны внутренними силами и не являются свободными.

Рисунок 10.4 схематически показывает ситуацию в плазме и в диэлектрике. Поле E΄внутри диэлектрика меньше внешнего, а внутри плазмы – больше.  Более детальное рассмотрение проблемы показывает, что этот удивительный эффект объясняется соотношением частоты электромагнитного излучения и частоты собственных колебаний зарядов (упругостью «пружинок», соединяющих заряды).

                             EE

 -  -                                                                              + +

 - -             E^⁄                                 +                                                                                 +                           E ^{⁄                   - -}

 - -                                    +                                         + +                                  - -                                        

 - -                                  +                                           +                                     - -

 - -                                     +                                                                                        - -

 - -                                   +                                                           ++                                   - -

 - -                                   +                                          ++                                   - -

 - -                  ΔE           +                                          ++         ΔE

 - -                                    +                                          + +                                 - -

 - -                                    +                                          + +                                 - -

 - -                                                                               + +                                 - -

 - -                                   +                                           + +                                 - -

 - -                                   +                                          + +                                 - -

 - -                                   +                                          +                                     - -

            Диэлектрик                                                                               Плазма

Рис. 10.4.

Для того, чтобы убедиться, что это действительно так, рассмотрим в качестве модели гармонический осциллятор (грузик, прикрепленный к пружинке), возбужденный внешней периодической силой. В этой модели нам удастся проанализировать роль  сил, связывающих заряды. Уравнение движения имеет вид