朗道阻尼 百科内容来自于: 百度百科

朗道阻尼(Landau damping)是指粒子和波相互作用使波的振幅减小的现象。在无碰撞的等离子体中传播的波,如果等离子体粒子的速度接近于波的相速度,由于共振作用速度稍大于相速度的粒子,把多余的能量 交给波,因而其平均速度减小到波的相速度;而速度稍小于相速度的粒子 ,从波中得到能量,平均速度增大到波的相速度。因此,当粒子的速度分布函数随速度的增大而减小时,从波中吸收能量的慢粒子较多,而把能量交给波的粒子较少,结果波的振幅减小,称朗道阻尼。 朗道阻尼是苏联物理学家L.朗道在1946年提出的,这个理论在实验中得到证实。

理论诠释

等离子体中,速度 v和波的相速v p接近的带电粒子称为波的共振粒子。共振粒子所感受到的波的电场几乎是长期恒定的,因此共振粒子和波之间会发生较强烈的能量交换v略低于 v p的粒子被波的电场推动而加速,于是波的能量被粒子吸收。反之, v略大于 v p的粒子会推动波,于是粒子的能量被波吸收。
如果等离子体是热平衡的,则粒子的速度分布f( v)是麦克斯韦分布,对于相速是 v p的波, v略大于 v p的粒子少而略小于 v p的粒子多,所以波与共振粒子相互作用总的效果是使波损失能量,即波受到阻尼而衰减。例如,朗缪尔波会和共振电子作用而受到阻尼;离子声波会和共振离子作用而受到阻尼等。
当等离子体不处于热平衡态时, f( v)不是麦克斯韦分布。如果 v略大于 v p的粒子多而略小于 v p的粒子少,总的效果是波获得能量而增长,这是朗道阻尼的逆过程,称为朗道增长,它造成波的不稳定。
当粒子的速度分布函数随速度的增大而增大时,从波中吸收能量的粒子较少,而把能量交给波的粒子较多,波的振幅增大,这种现象即朗道增长。等离子体中究竟发生朗道阻尼还是朗道增长,取决于速度小于波相速度的粒子多还是速度大于波相速度的粒子多。

概念说明

朗道阻尼是等离子体中由于波和粒子之间的共振导致的波阻尼,是一种无碰撞阻尼。假设在一个具有麦克斯韦速度分布的无碰撞等离子体中,速度略微大的粒子数目稍微少一点,其结果是得到能量的粒子比失去能量的粒子多,粒子的总能量增加,则波的总能量减少,这样就表现为波的一种阻尼效应。如果波和粒子的速度相差很远 ,比如电磁波光速传播,远大于电子离子热运动速度,则不会有朗道阻尼。
朗道阻尼现象是1946年苏联科学家L.朗道在理论上研究无碰撞等离子体中波的性质时发现的。60年代,美国科学家J.马尔姆贝格在实验上证实了这个现象。
朗道阻尼是等离子体动力论一个十分重要的结果,它开创了波粒相互作用和微观不稳定性这些新的领域。

种类

朗道阻尼通常可以分为线性朗道阻尼和非线性朗道阻尼。朗道阻尼在短波情况下表现得很显著,在长波情况下则可以忽略。这就是实验上通常只能观察到长波的等离子体波,而难以观察到短波的等离子体波的原因。
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