chap4磁流體力學之一-wenkub

　

【正文】 ?質(zhì)量輸運在宏觀上表現(xiàn)為 擴散現(xiàn)象 ， ?動量輸運表現(xiàn)為 粘性現(xiàn)象 ， ?能量輸運則表現(xiàn)為 熱傳導現(xiàn)象 。實驗表明，粘性應力的大小與粘性及相對速度成正比。相反地，流體能夠有任意大的變形。有兩種方法是常用的： ?一是統(tǒng)計力學方法，即所謂等離子體動力論，它從微觀出發(fā)，用統(tǒng)計方法研究等離子體在磁場中的宏觀運動； ?二是連續(xù)介質(zhì)力學方法即磁流體力學，把等離子體當作連續(xù)介質(zhì)來研究它在磁場中的運動。這是遠比單粒子軌道理論的情況復雜的。 )/e x p (0 jj kTqnn ???)11(4 22ieD kTkTnq ??? ??1－ 嚴格穩(wěn)定條件下，離子和電子都服從玻爾茲曼分布 對于無限大位勢位 的電荷透明柵，試證明等離子體屏蔽距離近似位： 第一章作業(yè) 1－ 假定兩個無限大的平板，分別處于 x＝ ?d，如果平板位勢能 ?＝ 0，兩平板之間均勻充滿密度位 n，電荷位q的氣體。 同樣 , 在尾波場中運動的電子 ,當其處于電子密度梯度為正值區(qū)域 (此時靜電分離場為負值 )且滿足一定的速度條件時 , 電子也會被尾波場加速 . 電子的密度高 離子的密度高 E This is the end of the single particle orbit theory? 1－ 試計算下列參數(shù)條件下等離子體的德拜長度 ?D和等離子體振蕩頻率 ?P。 等離子體中的離子由于質(zhì)量大 , 將幾乎保持不動 . 當激光脈沖超越電子后 , 由于正負電荷分離而產(chǎn)生的靜電力會將電子往平衡位置拉 , 造成電子在空間的縱向振蕩 , 形成電子等離子體波 (見圖 ) . 補充 :超強激光尾場中的電子加速 當激光脈沖在亞臨界密度的等離子體中傳播時 , 光脈沖的縱向有質(zhì)動力會推動等離子體中的電子向前運動 , 使其偏離原來位置 。單粒子軌道運動 2 引導中心漂移公式匯總 單粒子軌道運動 ?帶電粒子的電場漂移 ?帶電粒子的梯度漂移 ?帶電粒子的曲率漂移 第一個絕熱不變量 μ 第二個絕熱不變量 J 第三個絕熱不變量 Φ 漂移 絕熱不變量（寢漸不變量） 拉莫爾回轉(zhuǎn) ?周期運動 粒子在磁鏡間反跳 ?周期運動 粒子在地球磁場中漂移 ?準 周期運動 0)2(2＝Bmdtd ??.// c o n sdsJ ba ?? ? ?不變??磁鏡效應 有限拉莫半徑效應 泄漏錐問題 費米加速問題 范艾侖輻射帶問題 極光問題 效應 問題 磁約束問題 梯度漂移 電荷分離 電場 電漂移 等離子體外溢 帶電粒子在高頻電磁波中的運動 衡量電磁波強弱： cmeEce??? 0??11????? 弱場 強場 高頻電磁場的作用與有質(zhì)動力 激光束在等離子體中的自聚焦和成絲現(xiàn)象 補充 :超強激光 隨著激光技術的發(fā)展 , 特別是近年來超短脈沖啁啾技術 (chirped pulse amplificating)的重大突破 ,使人們所能獲得的激光強度提高了 5 6 個量級 ,其聚焦光強達到了1020 W/ cm2 .激光場的電場強度達到 1011 V/ cm ,如果用來加速電子 ,能在 10 cm 的距離內(nèi)將電子加速至 1012 eV 的量級 . 這相當于目前的大型加速器上所能達到的能量 . 補充 :超強脈沖激光與等離子體 等離子體 當激光脈沖在亞臨界密度的等離子體中傳播時 , 光脈沖的縱向有質(zhì)動力會推動等離子體中的電子向前運動 , 使其偏離原來位置 。 等離子體中的離子由于質(zhì)量大 , 將幾乎保持不動 . 當激光脈沖超越電子后 , 由于正負電荷分離而產(chǎn)生的靜電力會將電子往平衡位置拉 , 造成電子在空間的縱向振蕩 , 形成電子等離子體波 (見圖 ) . 補充 :超強激光尾場中的電子加速 激光尾場 當激光脈沖在亞臨界密度的等離子體中傳播時 , 光脈沖的縱向有質(zhì)動力會推動等離子體中的電子向前運動 , 使其偏離原來位置 。 （ 1）磁流體發(fā)電機： Te＝ 2500K及 n＝ 1020m－ 3。使用泊松公式證明兩平板之間的電勢分布為 )(2 22 xdnq ?? ?＝第二章作業(yè) 2－ ,計算下列條件下的拉莫半徑 rL. (1)地球磁場為 10keV的電子； (2)流速為 300km/s,B=5X105G的太陽風質(zhì)子； 2－ 與電場和磁場垂直的方向漂移的物理原因是什么？ 2－ 初始時刻靜止在原點的質(zhì)量為 m，電荷為 q的粒子受到穩(wěn)定電場和穩(wěn)定磁場： zy eBBeEE???? ?? ；的作用。 單粒子軌道理論的缺陷 ? 引 言 ? 單粒子軌道理論完全忽略了帶電粒子之間的相互作用，顯然該模型只適用于稀薄等離子體，如空間等離子體。 等離子體的密度范圍很寬 30 流體力學簡介 ?研究流體（氣體和液體）宏觀運動和平衡，及其宏觀參量的變化規(guī)律 ?流體宏觀模型假說：由無數(shù) 流體元 連續(xù)地組成 ?流體元：微觀充分大、宏觀充分小的小塊流體 ?微觀大：比分子平均自由程大，能統(tǒng)計平均 ?宏觀小：與放置在流體中的實物比微不足道 ?連續(xù)：流體元連續(xù)無空隙地充滿空間 ?流體力學方法是統(tǒng)計理論的近似 31 空氣 水 32 33 34 35 36 37 38 39 定義 : 受任何微小剪切力作用都能連續(xù)變形的物體 . 通俗地說就是易流動的物體 . 它分兩種 :液體是指有自由表面的流體 ,而氣體是指沒有自由表面 ,可以充滿容納它的整個空間的流體 . 基本定義 概念與流體的基本特性 流體與固體不同 : 固體受到切應力會產(chǎn)生形變 , 粒子之間具有固定的相對位置 , 并滿足應力與應變之間的關系 . 但流體受到切應力即開始流動 . 且流體組元間的相對位置不固定 . 沙子不是流體的原因 : 沙子雖然有一定的流動性 ,但那是因為沙粒間不易支撐 , 如果選取很小的一部分出來 ,例如選一粒沙 ,它是固體 , 不會流動 .而流體要求不論選取多小的一點出來都有流動性 . 流體的基本性質(zhì) 流體在靜止時不能承受切向應力，不管多小的切向應力，都會引起其中各流體元彼此間的相對位移，而且取消力的作用后，流體元之間并不恢復其原有位置。因此流體在靜止時只有法應力而沒有切應力。 ２、粘性 42 44 除了粘性外，流體還有熱傳導及擴散等性質(zhì)。 流體的基本性質(zhì) 流體質(zhì)點的體積或密度在受到一定壓力或溫度差的條件下可以改變，這個性質(zhì)稱為壓縮性。因此在一般情形下液體可以近似地看成是不可壓縮的。 把等離子體當作導電的流體來處理，導電流體除了具有一般流體的重力、壓強、粘滯力外，還有 電磁力 。磁流體靜力學研究導電流體在磁場力作用下靜平衡的問題；磁流體動力學研究導電流體與磁場相互作用的動力學或運動規(guī)律。