, (1.20)
где
─ средняя скорость теплового движения.
Полагая
из выражения (1.20) получаем
. (1.21)
Экранированный кулоновский потенциал
Предположим,
что мы поместили в плазму точечный заряд , где
- зарядовое
число и нас интересует стационарное распределение зарядов, которое
устанавливается около него. В непосредственной близости к заряду
(рис. 1.1) плотность отрицательных зарядов
будет превышать плотность положительных и этот избыток постепенно уменьшается
по мере увеличения
расстояния
от заряда
. Такое
распределение возникает вследствие того, что
одновременно
притягивает отрицательные заряды и отталкивает положительные. На достаточно
больших расстояниях
от заряда
плазма возвращается в состояние
макроскопической квазинейтральности. В результате перераспределения зарядов
плазмы вдали от заряда возникают электрические поля, которые полностью
компенсируют электрическое поле, создаваемое зарядом
.
Связь
между плотностью суммарного заряда и электростатическим
потенциалом
определяется уравнением Пуассона
, (1.22)
где
и
плотность
ионов и электронов. Поскольку плазма вблизи заряда
находится
в состоянии термодинамического равновесия, то плотности зарядов есть
, (1.23)
где
и
плотности
соответствующих величин на значительном расстоянии от заряда
и плазма там квазинейтральна. Тогда из
закона сохранения заряда следует
.
С учетом выражений (1.23) уравнение (1.22) в сферической системе координат запишется
. (1.24)
Для
идеальной плазмы согласно выражению (1.2) и, разлагая
экспоненты в ряд, уравнение (1.24) запишется
, (1.25)
где
(1.26)
Введением
безразмерной координаты уравнение (1.25)
приводится к виду
(1.27)
решение,
которого есть , где
- постоянная интегрирования, или
. (1.28)
Для
определения постоянной воспользуемся тем, что при
. Поэтому в окрестности
заряда
, (1.29)
где
(1.30а)
называется длиной экранирования или дебаевским радиусом. Сравнивая выражения
(1.21) и (1.30) видим, что радиус Дебая и является пространственным масштабом
разделения зарядов.
В единицах СИ
. (1.30б)
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.