等离子体物理基础(英)：Chapter 7.pdf

等离子体物理是研究等离子体状态物质（即电离气体）的基本物理过程的学科，它在星际介质、核聚变、空间物理、工业加工等诸多领域有着广泛的应用。本章主要探讨了在没有磁场存在时，弱电离等离子体中的带电粒子的有向运动，以及与之相关的输运过程。在此过程中，涉及到多种物理现象和基本概念，包括等离子体的电导性、粒子的漂移速度、扩散系数、迁移率、电流密度等。 弱电离等离子体中带电粒子的运动方程在忽略粘滞效应的情况下可以简化为关于粒子有向速度的形式。该方程表明，带电粒子的速度受到电场力、温度梯度以及粒子密度梯度的影响。在稳态条件下，该方程可以进一步简化，从而得到粒子有向速度的表达式。粒子的速度可以分解为几个部分：由电场产生的漂移速度、由粒子密度不均匀性引起的扩散速度和由温度梯度引起的热扩散速度。 迁移率是描述粒子在电场作用下响应能力的物理量，它等于粒子的漂移速度与电场强度之比。迁移率的大小取决于粒子的质量和碰撞频率。扩散系数描述了粒子密度梯度导致的粒子移动，而热扩散系数则与温度梯度有关，它反映了粒子在温度梯度作用下移动的趋势。 本章进一步讨论了电流密度的表达式，该式包含了电子和离子的贡献。在等离子体中，电流密度是由带电粒子有向速度与粒子数密度的乘积决定的。由于电子的迁移率远大于离子的迁移率，电子对电流密度的贡献通常远大于离子。电流密度的表达式说明，在恒定电场中，等离子体的电导性与电子的迁移率成正比。 爱因斯坦关系式是输运理论中的一个重要关系，它联系了粒子的扩散系数和迁移率。该关系说明在一定的温度条件下，扩散系数和迁移率成正比。这一关系对于理解输运过程中的粒子运动规律非常重要。 本章简述了在实际的物理问题中，如何应用这些理论来计算等离子体的电导性。在弱电离等离子体中，电导率主要由电子决定，而电子的迁移率是决定等离子体电导性的关键因素。因此，理解和计算迁移率对于掌握等离子体的电导性至关重要。 以上内容覆盖了等离子体物理中关于输运过程的基础理论，包括了基本方程的推导、关键物理量的定义以及它们之间的关系。这些知识点对于研究等离子体物理以及相关科学领域的研究者具有重要的参考价值。