Onda acústica de iones

En la física del plasma , una onda acústica de iones es un tipo de oscilación longitudinal de los iones y electrones en un plasma , muy similar a las ondas acústicas que viajan en un gas neutro. Sin embargo, debido a que las ondas se propagan a través de iones cargados positivamente, las ondas acústicas de iones pueden interactuar con sus campos electromagnéticos , así como colisiones simples. En los plasmas, las ondas acústicas de iones se denominan con frecuencia ondas acústicas o incluso simplemente ondas de sonido. Comúnmente gobiernan la evolución de la densidad de masa, por ejemplo debido a gradientes de presión., en escalas de tiempo más largas que la frecuencia correspondiente a la escala de longitud relevante. Las ondas acústicas de iones pueden ocurrir en un plasma no magnetizado o en un plasma magnetizado paralelo al campo magnético . Para un plasma de una sola especie de ion y en el límite de longitud de onda larga, las ondas no tienen dispersión ( ) con una velocidad dada por (ver la derivación a continuación) ${\displaystyle\omega=v_{s}k}$

donde es la constante de Boltzmann , es la masa del ion, es su carga, es la temperatura de los electrones y es la temperatura de los iones. Normalmente, γ _e se toma como la unidad, debido a que la conductividad térmica de los electrones es lo suficientemente grande como para mantenerlos isotérmicos en la escala de tiempo de las ondas acústicas de iones, y γ _i se toma como 3, lo que corresponde a un movimiento unidimensional. En los plasmas sin colisiones , los electrones suelen estar mucho más calientes que los iones, en cuyo caso se puede ignorar el segundo término del numerador. $K_{B}$ ${\ estilo de visualización M}$ ${\ estilo de visualización Z}$ $T_{e}$ $T_{yo}$

Derivamos la relación de dispersión de ondas acústicas de iones para una descripción fluida linealizada de un plasma con electrones y especies de iones. Escribimos cada cantidad como donde el subíndice 0 denota el valor de equilibrio constante de "orden cero" y 1 denota la perturbación de primer orden. es un parámetro de ordenación para la linealización y tiene el valor físico 1. Para linealizar, equilibramos todos los términos en cada ecuación del mismo orden en . Los términos que involucran solo cantidades de subíndice 0 son todos de orden y deben equilibrarse, y los términos con una cantidad de subíndice 1 son todos de orden y equilibrio. Tratamos el campo eléctrico como orden-1 ( ) y despreciamos los campos magnéticos, ${\ estilo de texto N}$ $X=X_{0}+\delta \cdot X_{1}$ ${\ estilo de visualización \ delta}$ ${\ estilo de visualización \ delta}$ ${\ estilo de visualización \ delta ^ {0}}$ ${\ estilo de visualización \ delta ^ {1}}$ ${\vec{E}}_{0}=0$