Diposting Selasa, 24 Agustus 2010 jam 5:43 pm oleh The X

Plasma, Frekuensi Plasma dan Gelombang Plasma

Suka dengan artikel ini?

Jelajahi artikel-artikel FaktaIlmiah yang berdasarkan apa yang dibaca dan ditonton teman-teman.
Terbitkan aktivitas Anda sendiri dan dapatkan kendali penuh.
Login

Selasa, 24 Agustus 2010 -


Plasma adalah gas terionisasi. Dalam sebagian besar kondisi astrofisika, plasma secara global bersifat netral karena muatan negatif dari elektron bebas akan menyeimbangkan muatan positif ion. Walau begitu, karena elektronnya bebas, mereka dapat diganggu dengan mudah lewat medan listrik. Gambar 1 menunjukkan sebuah gangguan kecil yang menyebabkan sebagian muatan terpisah di arah x.

Gambar 1. Gangguan medan magnet pada sebuah plasma astrofisik memberi pemisahan muatan kecil di dalamnya. Plasma kemudian mendekati kapasitor lempeng sejajar yang berisi material terionisasi yang netral dalam lempengan dan memiliki medan listrik E diantaranya.

Karena ada muatan positif di satu sisi dan muatan negatif di sisi lain, plasma mendekati kapasitor lempeng sejajar dengan daerah berkelebaran x di sisi lain dan materi netral terionisasi yang global berada di antaranya. Besar medan listrik kapasitor ini adalah

Dimana e adalah muatan elektron, Ne adalah jumlah elektron di lempeng dan A adalah luas lempeng. Jumlah elektron total di sebuah lempeng adalah

Dimana ne adalah kepadatan jumlah elektron, dianggap sama di semua daerah karena gangguannya kecil. Di korona matahari, kepadatannya mencapai 100 juta elektron per cm kubik sementara di dekat bumi hanya 5 elektron per cm kubik, dengan sedikit variasi. Karenanya

Gaya pada sebuah elektron yang dihasilkan oleh medan ini adalah

Dimana me adalah massa elektron. Akibatnya diperoleh persamaan gerak harmonik sederhana, seperti massa pada sebuah pegas, yaitu

Yang merupakan frekuensi sudut plasma. Jadi, saat elektron dalam sebuah plasma diganggu mereka berayun pada frekuensi alami, vp, seperti halnya lonceng berbunyi pada frekuensi alaminya saat dipukul.

Ayunan ini disebut gelombang plasma. Kita dapat mempertimbangkan respon ion sebagai gangguan demikian, namun ion sangat gemuk dibandingkan elektron dan dapat dipandang diam.

Karena elektron yang dipercepat mengeluarkan radiasi, elektron dalam gas terionisasi yang berosilasi pada frekuensi plasma dengan sendirinya memancarkan radiasi pada frekuensi yang sama. Inilah penjelasan atas letupan radio matahari tipe III, seperti pada gambar 2.

Gambar 2. Ini adalah emisi radio frekuensi sangat rendah dari sebuah flare surya yang dideteksi oleh pesawat Cassini bulan oktober 2003. Sebuah flare surya menghasilkan aliran cepat elektron energi tinggi (1 – 100 keV) yang bertemu dengan gas terionisasi antara matahari dan bumi, dalam kasus ini, mulai pada jarak sekitar 0,5 SA dari matahari. Elektron ini merangsang gelombang di dalam gas pada frekuensi plasma terkait dengan kepadatan elektron di posisi itu. Emisi radio hanya dapat lepas bila frekuensinya lebih besar dari frekuensi gas yang ditemuinya, situasi yang mungkin terjadi pada distribusi kepadatan yang menurun seiring jarak dari mata hari. Selubung bawah plot ini menunjukkan potongan frekuensi plasma untuk kepadatan menurun. Delay waktu awal 69 menit adalah waktu yang diperlukan emisi radio untuk mencapai pesawat yang berjarak 8,67 SA dari matahari saat itu. Frekuensi maksimum yang terdeteksi pada saat awal adalah sedikit lebih tinggi daripada yang ditunjukkan dalam plot ini (dalam 100 MHz).

Penurunan kepadatan elektron antara matahari dan bumi berkaitan dengan penurunan frekuensi plasma.

Karena respon gas bersifat osilator harmonik, perkembangan ini sama dengan model osilator untuk elektron terikat. Sekarang kita mempertimbangkan pengganggu sebagai gelombang elektromagnet yang medan listriknya bergetar pada frekuensi sudut v dan hasilnya akan ada pada rezim v berbeda dibandingkan vp.

Saat gelombang bergerak menembus plasma, ia akan memiliki kecepatan fase (tingkat dimana puncak dan lembah gelombang, atau fase, maju menembus medium),

Dan kecepatan grup (tingkat energi atau modulasi gelombang lainnya atau informasi maju menembus medium),

Karena kecepatan grup adalah tingkat transfer energi, ia mestinya selalu kurang dari atau sama dengan c, sesuai dengan Relativitas Khusus. Walau begitu, kecepatan fase lebih besar atau sama dengan c. Hal ini tidak melanggar Relativitas Khusus karena tidak ada energi yang ditransfer pada kecepatan ini.

Sekarang, bila w jauh lebih besar dari wp, osilasi plasma alami sangat lambat dibandingkan gelombang pengganggu. Medium kemudian memiliki efek yang sangat kecil pada gelombang elektromagnet dan gelombang menembusnya, seolah ia transparan. Bila w mendekati wp namun tidak sama dengan, ada interaksi yang kuat antara gelombang dan elektron dalam gas. Dalam kasus ini, vph dapat jauh lebih besar dari c dan vg dapat jauh lebih kecil. Hasilnya adalah resonansi, situasi dimana materi terganggu pada tingkat yang sama dengan tingkat osilasi alaminya. Walau begitu, bila w<wp, tidak ada solusi bagi persamaan. Situasi demikian berkaitan dengan tidak adanya penembusan medium karena osilasi alami sangat cepat dibandingkan gangguan yang dihasilkan gelombang sehingga ia secara mendasar menghabisi gangguan itu. Dalam kasus ini, gelombang yang dipantulkan dari permukaan gas seperti halnya cahaya optik dipantulkan dari zat padat.

Dalam satuan siklus perdetik, frekuensi plasma adalah

Untuk kepadatan elektron medium antar bintang seribu elektron per cm kubik dan np 280 Hz. Ini adalah frekuensi yang sangat rendah dibandingkan pengukuran astronomi yang dibuat sehingga komponen terionisasi medium antar bintang transparan pada cahaya. Walau begitu, frekuensi plasma dapat penting untuk gas berkepadatan tinggi. Sebagai contoh, alasan kalau gelombang radio frekuensi rendah tidak mencapai tanah, adalah karena pemantulan sinyal ini dari ionosfer bumi. pemantulan gelombang frekuensi rendah dari plasma juga penting dalam konteks lain. Sebagai contoh, pemantulan sinyal radar dari jejak meteor terionisasi dipakai untuk mengamati sifat meteoroid yang datang, dan pemantulan sinyal buatan manusia dari bawah ionosfer memungkinkan kita mendengarkan siaran radio yang berada di atas cakrawala fisik.

Referensi

  1. Irwin, J. 2007. Astrophysics: Decoding the Cosmos. Wiley
  2. K. R. Lang, Astrophysical Formulae, Springer-Verlag, New York, 1999
  3. Sittler Jr., E.C., and Guhathakurta, M., 1999, Semiempirical Two-dimensional Magnetohydrodynamic Model of the Solar Corona and Interplanetary Medium. ApJ, 523, 812
The X
Sains adalah sebuah pengetahuan universal, ilmu pengetahuan tidaklah sama dengan pengetahuan dongeng. Kadang, fakta lebih menyakitkan daripada doktrin / pandangan turun temurun.
Bergabung dengan 1000 orang lebih dengan kami melalui sosial media

Berlangganan artikel dan berita terbaru dari kami via email


Aktifitas

© 2010 FaktaIlmiah.com. Hak cipta asli oleh faktailmiah
Anda boleh mendistribusikannya dengan mencantumkan referensi dari situs kami.