等离子体物理-6等离子体中粒子的碰撞
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
'
如果求出
v αβ'
vα , vβ
'
V=
mα v α + mβ v β mα + mβ
=
mα v α ' + mβ v β ' m来自百度文库 + mβ
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
9
碰撞的基本概念
粒子内能总改变量
Q=
Q=0 Q>0 Q<0
碰撞前粒子总动能－碰撞后粒子总动能
弹性碰撞
第一类非弹性碰撞
第二类非弹性碰撞
∆Pα = mα ( v'α − v α ) = mα ( v'αc − v αc ) = mα mβ mα + mβ
' v ( αβ − vαβ ) = mαβ ∆vαβ = −∆Pβ
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
14
碰撞中动量的传递
能量守恒方程
1 1 2 ' 2 mαβ vαβ = mαβ vαβ +Q 2 2
vα '
v αc vα
C
v αβ '
ϕ
v αβ
θ
0
两体碰撞动力学
粒子间的相互位置 粒子间的距离 相互作用力
ϕ
θ
子午角 偏转角 散射角
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
12
等离子体中粒子的碰撞
概述 碰撞的基本概念 碰撞中动量的传递 碰撞中动能的传递 电子与重粒子碰撞时动量和动能的传递 偏转角 碰撞截面 碰撞频率 平均自由程 等离子体中的库仑碰撞 驰豫时间
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
4
碰撞的基本概念
mα
α
碰撞前
vβ
β
vα
mβ
∞
碰撞后
vβ
'
β
mβ
mα
α
vα
'
碰撞 collision 散射 scatter
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
5
碰撞的基本概念
忽略外场的影响 总动量守恒
mα v α + mβ v β = mα v α ' + mβ v β '
x
1 1 2 ' 2 m v m v = 弹性碰撞 αβ αβ αβ αβ 2 2
Q=0
碰撞前后 vαβ只改变方向 不改变大小
v αβ '
ϕ
∆v αβ v αβ z
v αβ' = vαβ ( sin θ cos ϕ i + sin θ sin ϕ j + cosθ k )
θ
∆v αβ = v'αβ - vαβ = vαβ ( sin θ cos ϕ i + sin θ sin ϕ j − (1 − cosθ ) k )
能量传递系数 表征碰撞时 能量交换的效率
κ αβ
κ αβ
{
最大值 0.5 数量级为小的质量比
mα = mβ
mα
mβ 或 mα
mβ
22
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
等离子体中粒子的碰撞
概述 碰撞的基本概念 碰撞中动量的传递 碰撞中动能的传递 电子与重粒子碰撞时动量和动能的传递 偏转角 碰撞截面 碰撞频率 平均自由程 等离子体中的库仑碰撞 驰豫时间
等离子体中粒子的碰撞 8
碰撞的基本概念
v αc '
vβ v βc
C θ
v βc ' vβ'
vα '
v αc
vα
0
已知
mα , mβ , v α , v β
V
mβ ⎧ v αβ ⎪ v αc = v α − V = mα + mβ ⎪ ⎨ ⎪ v = v − V = − mα v β αβ ⎪ βc m m + α β ⎩ mβ ⎧ ' ' ' − = v v V v = α αβ ⎪ αc m m + ⎪ α β ⎨ ⎪ v ' = v ' − V = − mα v ' β αβ ⎪ βc m m + α β ⎩
2 mα mβ
α
β
)
2
(v
αβ
'
2
2 − vαβ )
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
19
碰撞中动能的传递
2 m m 1 1 α β ' 2 ∆Kα = mα vα − mα vα 2 = mαβ V ⋅ ∆v αβ + 2 2 2(m + m
α
β
)
2
(v
αβ
'
2
2 − vα β )
2 − vαβ )
在实验室坐标系中，动能的传递为
1 1 ' 2 ' 2 2 v v ∆Kα = mα vα − mα vα 2 = mαβ V ⋅ ∆v αβ + − ( αβ αβ ) 2 2 2 2 ( mα + mβ )
2 m 1 1 α mβ ' 2 2 ∆K β = mβ vβ − mβ vβ = −mαβ V ⋅ ∆v αβ + 2 2 2(m + m
y
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
15
碰撞中动量的传递
偏转角为
θ
ϕ 可取 0 → 2π 之间的任意值 的碰撞，平均传递的动量，
对ϕ 作平均
∆v αβ = v'αβ - vαβ = vαβ ( sin θ cos ϕ i + sin θ sin ϕ j − (1 − cosθ ) k )
sin ϕ = cos ϕ = 0
18
碰撞中动能的传递
mβ ⎧ v αβ ⎪ v αc = v α − V = mα + mβ ⎪ ⎨ ⎪ v = v − V = − mα v β αβ ⎪ βc m m + α β ⎩
mβ ⎧ ' ' ' − = v v V v = α αβ ⎪ αc m m + ⎪ α β ⎨ ⎪ v ' = v ' − V = − mα v ' β αβ ⎪ βc m m + α β ⎩
2 m 1 1 α mβ ' 2 2 ∆K β = mβ vβ − mβ vβ = − mαβ V ⋅ ∆v αβ + 2 2 2(m + m
α
β
)
2
(v
αβ
'
2
弹性碰撞
' 2 vαβ = vαβ 2
∆Pα = mαβ ∆v αβ = −∆Pβ
∆Kα = mαβ V ⋅ ∆v αβ = V ⋅ ∆Pα = −∆K β
碰撞不引起粒子 内部状态发生改变 总动能守恒 弹性碰撞
碰撞引起粒子 内部状态发生改变
总动能不守恒
非弹性碰撞
能量转化
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
6
碰撞的基本概念
mα v α + mβ v β = mα v α ' + mβ v β '
两个碰撞粒子的 质心速度
V=
mα rα + mβ rβ mα + mβ
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
13
碰撞中动量的传递
mβ ⎧ v αβ ⎪ v αc = v α − V = mα + mβ ⎪ ⎨ ⎪ v = v − V = − mα v β αβ ⎪ βc m m + α β ⎩
碰撞粒子动量的改变
mβ ⎧ ' ' ' − = v v V v = α αβ ⎪ αc m m + ⎪ α β ⎨ ⎪ v ' = v ' − V = − mα v ' β αβ ⎪ βc m m + α β ⎩
总能量守恒
mαβ =
mα mβ mα + mβ
折合质量
1 1 ' 2 mαβ vαβ 2 = mαβ vαβ +Q 2 2
v αβ' 的大小
如果已知
mαβ , v αβ , Q
vαβ '
等离子体中粒子的碰撞 11
2011年5月8日
碰撞的基本概念
v αc ' vβ v βc v βc vβ'
'
C θ
Kα = 1 1 mα vα 2 K β = mβ vβ 2 2 2
κ αβ =
(m
2mα mβ
α
2
2
+ mβ )
=
mα mβ ⎞ ⎟ ⎟ ⎠
2
⎛ ma 1+ ⎜ ⎜ mβ ⎝
能量传递系数 等离子体中粒子的碰撞 21
2011年5月8日
碰撞中动能的传递
⎤ ∆Kα = −κ αβ (1 − cos θ ) ⎡ ⎣ Kα − K β + ( mβ − mα ) v α ⋅ v β ⎦
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
20
碰撞中动能的传递
∆Kα = mαβ V ⋅ ∆v αβ = V ⋅ ∆Pα = −∆K β
∆Pα = − mαβ (1 − cos θ ) ( v α - v β ) = −2mαβ sin 2
θ
2
v αβ = − ∆Pβ
V=
mα v α + mβ v β mα + mβ
对头碰
动量传递最大
远碰撞
动量传递最小
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
17
等离子体中粒子的碰撞
概述 碰撞的基本概念 碰撞中动量的传递 碰撞中动能的传递 电子与重粒子碰撞时动量和动能的传递 偏转角 碰撞截面 碰撞频率 平均自由程 等离子体中的库仑碰撞 驰豫时间
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
10
碰撞的基本概念
在质心坐标系中，碰撞前和碰撞后两个相碰粒子的总动能分别为
1 1 ⎧1 2 2 2 m v m v m v + = αβ αβ ⎪ ⎪ 2 α αc 2 β β c 2 ⎨ ⎪ 1 m v' 2 + 1 m v' 2 = 1 m v' 2 α αc β βc αβ αβ ⎪ ⎩2 2 2
等离子体中粒子的碰撞
16
碰撞中动量的传递
∆Pα = −mαβ (1 − cos θ ) ( v α - v β ) = −2mαβ sin 2
θ
2
v αβ = − ∆Pβ
碰撞中动量的传递与相对速度成正比
(1 − cosθ )
碰撞中动量的传递与偏转角之间的关系由因子
2 sin
2θ
决定
2
θ =π
θ =0
β
类粒子的速度分布为各向同性
vα ⋅ vβ = 0
κ αβ =
( mα + mβ )
2mα mβ
2
=
m 2 α mβ ⎛ ma 1+ ⎜ ⎜ mβ ⎝ ⎞ ⎟ ⎟ ⎠
2
∆Kα = −κ αβ (1 − cos θ ) ( Kα − K β )
碰撞粒子之间的能量交换正比于它们的初始能量之差 能量交换效率对散射角的依赖关系决定于因子 (1 − cos θ ) 能量交换效率对质量比的依赖关系决定于系数
Xi’an Jiaotong University
研究生课程
电弧等离子体物理基础及应用
Fundamentals and Applications of Arc Plasma
史宗谦 教授 贾申利 教授 zqshi@mail.xjtu.edu.cn sljia@mail.xjtu.edu.cn
2011.3~2011.6
=
mα v α ' + mβ v β ' mα + mβ
∆Kα
⎛ mα v α + mβ v β ⎞ mα mβ = −⎜ ⋅ 1 − cos θ ) ( v α - v β ) ⎟ ⎜ m +m ⎟ m +m ( α β β ⎝ ⎠ α ⎤ = −κ αβ (1 − cosθ ) ⎡ ⎣ Kα − K β + ( mβ − mα ) v α ⋅ v β ⎦
∆v αβ = − (1 − cos θ ) vαβ k = − (1 − cos θ ) v αβ
∆Pα = mαβ ∆v αβ = −∆Pβ
∆Pα = −mαβ (1 − cos θ ) ( v α - v β ) = −2mαβ sin
2011年5月8日
2
θ
2
v αβ = − ∆Pβ
碰撞中平均 传递的动量
两个碰撞粒子的 质心矢径
2011年5月8日
mα v α + mβ v β mα + mβ
=
mα v α ' + mβ v β ' mα + mβ
R=
质心速度在碰撞 前后保持不变
可以在质心系 研究这一问题 等离子体中粒子的碰撞 7
碰撞的基本概念
V=
碰撞前两个粒子相对于质心的速度
mα v α + mβ v β mα + mβ
等离子体中粒子的碰撞
概述 碰撞的基本概念 碰撞中动量的传递 碰撞中动能的传递 电子与重粒子碰撞时动量和动能的传递 偏转角 碰撞截面 碰撞频率 平均自由程 等离子体中的库仑碰撞 驰豫时间
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
1
概述
带电粒子 中性粒子
中性气体 弱电离气体
碰撞
中性粒子 中性粒子
>>
带电粒子
碰撞后
mβ ⎧ ' ' ' − = v v V v = α αβ ⎪ αc m m + ⎪ α β ⎨ ⎪ v ' = v ' − V = − mα v ' β αβ ⎪ βc m m + α β ⎩
2011年5月8日
α 类粒子相对于β 类粒子的相对速度
vαβ ' = v α ' − v β ' = vαc ' − v βc '
=
mα v α ' + mβ v β ' mα + mβ
碰撞前
mβ ⎧ v αβ ⎪ v αc = v α − V = mα + mβ ⎪ ⎨ ⎪ v = v − V = − mα v β αβ ⎪ βc m m + α β ⎩
碰撞后两个粒子相对于质心的速度
α 类粒子相对于β 类粒子的相对速度
v αβ = v α − v β = v αc − v βc
带电粒子
短程力 两体相互作用
带电粒子 中性粒子
等离子体
碰撞
中性粒子 中性粒子
<<
带电粒子
带电粒子
长程力 集体效应
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
2
概述
平衡态
碰撞
不影响粒子分布
不影响宏观状态
非平衡态
碰撞
影响宏观输运特性
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
3
等离子体中粒子的碰撞
概述 碰撞的基本概念 碰撞中动量的传递 碰撞中动能的传递 电子与重粒子碰撞时动量和动能的传递 偏转角 碰撞截面 碰撞频率 平均自由程 等离子体中的库仑碰撞 驰豫时间
如果求出
v αβ'
vα , vβ
'
V=
mα v α + mβ v β mα + mβ
=
mα v α ' + mβ v β ' m来自百度文库 + mβ
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
9
碰撞的基本概念
粒子内能总改变量
Q=
Q=0 Q>0 Q<0
碰撞前粒子总动能－碰撞后粒子总动能
弹性碰撞
第一类非弹性碰撞
第二类非弹性碰撞
∆Pα = mα ( v'α − v α ) = mα ( v'αc − v αc ) = mα mβ mα + mβ
' v ( αβ − vαβ ) = mαβ ∆vαβ = −∆Pβ
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
14
碰撞中动量的传递
能量守恒方程
1 1 2 ' 2 mαβ vαβ = mαβ vαβ +Q 2 2
vα '
v αc vα
C
v αβ '
ϕ
v αβ
θ
0
两体碰撞动力学
粒子间的相互位置 粒子间的距离 相互作用力
ϕ
θ
子午角 偏转角 散射角
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
12
等离子体中粒子的碰撞
概述 碰撞的基本概念 碰撞中动量的传递 碰撞中动能的传递 电子与重粒子碰撞时动量和动能的传递 偏转角 碰撞截面 碰撞频率 平均自由程 等离子体中的库仑碰撞 驰豫时间
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
4
碰撞的基本概念
mα
α
碰撞前
vβ
β
vα
mβ
∞
碰撞后
vβ
'
β
mβ
mα
α
vα
'
碰撞 collision 散射 scatter
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
5
碰撞的基本概念
忽略外场的影响 总动量守恒
mα v α + mβ v β = mα v α ' + mβ v β '
x
1 1 2 ' 2 m v m v = 弹性碰撞 αβ αβ αβ αβ 2 2
Q=0
碰撞前后 vαβ只改变方向 不改变大小
v αβ '
ϕ
∆v αβ v αβ z
v αβ' = vαβ ( sin θ cos ϕ i + sin θ sin ϕ j + cosθ k )
θ
∆v αβ = v'αβ - vαβ = vαβ ( sin θ cos ϕ i + sin θ sin ϕ j − (1 − cosθ ) k )
能量传递系数 表征碰撞时 能量交换的效率
κ αβ
κ αβ
{
最大值 0.5 数量级为小的质量比
mα = mβ
mα
mβ 或 mα
mβ
22
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
等离子体中粒子的碰撞
概述 碰撞的基本概念 碰撞中动量的传递 碰撞中动能的传递 电子与重粒子碰撞时动量和动能的传递 偏转角 碰撞截面 碰撞频率 平均自由程 等离子体中的库仑碰撞 驰豫时间
等离子体中粒子的碰撞 8
碰撞的基本概念
v αc '
vβ v βc
C θ
v βc ' vβ'
vα '
v αc
vα
0
已知
mα , mβ , v α , v β
V
mβ ⎧ v αβ ⎪ v αc = v α − V = mα + mβ ⎪ ⎨ ⎪ v = v − V = − mα v β αβ ⎪ βc m m + α β ⎩ mβ ⎧ ' ' ' − = v v V v = α αβ ⎪ αc m m + ⎪ α β ⎨ ⎪ v ' = v ' − V = − mα v ' β αβ ⎪ βc m m + α β ⎩
2 mα mβ
α
β
)
2
(v
αβ
'
2
2 − vαβ )
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
19
碰撞中动能的传递
2 m m 1 1 α β ' 2 ∆Kα = mα vα − mα vα 2 = mαβ V ⋅ ∆v αβ + 2 2 2(m + m
α
β
)
2
(v
αβ
'
2
2 − vα β )
2 − vαβ )
在实验室坐标系中，动能的传递为
1 1 ' 2 ' 2 2 v v ∆Kα = mα vα − mα vα 2 = mαβ V ⋅ ∆v αβ + − ( αβ αβ ) 2 2 2 2 ( mα + mβ )
2 m 1 1 α mβ ' 2 2 ∆K β = mβ vβ − mβ vβ = −mαβ V ⋅ ∆v αβ + 2 2 2(m + m
y
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
15
碰撞中动量的传递
偏转角为
θ
ϕ 可取 0 → 2π 之间的任意值 的碰撞，平均传递的动量，
对ϕ 作平均
∆v αβ = v'αβ - vαβ = vαβ ( sin θ cos ϕ i + sin θ sin ϕ j − (1 − cosθ ) k )
sin ϕ = cos ϕ = 0
18
碰撞中动能的传递
mβ ⎧ v αβ ⎪ v αc = v α − V = mα + mβ ⎪ ⎨ ⎪ v = v − V = − mα v β αβ ⎪ βc m m + α β ⎩
mβ ⎧ ' ' ' − = v v V v = α αβ ⎪ αc m m + ⎪ α β ⎨ ⎪ v ' = v ' − V = − mα v ' β αβ ⎪ βc m m + α β ⎩
2 m 1 1 α mβ ' 2 2 ∆K β = mβ vβ − mβ vβ = − mαβ V ⋅ ∆v αβ + 2 2 2(m + m
α
β
)
2
(v
αβ
'
2
弹性碰撞
' 2 vαβ = vαβ 2
∆Pα = mαβ ∆v αβ = −∆Pβ
∆Kα = mαβ V ⋅ ∆v αβ = V ⋅ ∆Pα = −∆K β
碰撞不引起粒子 内部状态发生改变 总动能守恒 弹性碰撞
碰撞引起粒子 内部状态发生改变
总动能不守恒
非弹性碰撞
能量转化
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
6
碰撞的基本概念
mα v α + mβ v β = mα v α ' + mβ v β '
两个碰撞粒子的 质心速度
V=
mα rα + mβ rβ mα + mβ
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
13
碰撞中动量的传递
mβ ⎧ v αβ ⎪ v αc = v α − V = mα + mβ ⎪ ⎨ ⎪ v = v − V = − mα v β αβ ⎪ βc m m + α β ⎩
碰撞粒子动量的改变
mβ ⎧ ' ' ' − = v v V v = α αβ ⎪ αc m m + ⎪ α β ⎨ ⎪ v ' = v ' − V = − mα v ' β αβ ⎪ βc m m + α β ⎩
总能量守恒
mαβ =
mα mβ mα + mβ
折合质量
1 1 ' 2 mαβ vαβ 2 = mαβ vαβ +Q 2 2
v αβ' 的大小
如果已知
mαβ , v αβ , Q
vαβ '
等离子体中粒子的碰撞 11
2011年5月8日
碰撞的基本概念
v αc ' vβ v βc v βc vβ'
'
C θ
Kα = 1 1 mα vα 2 K β = mβ vβ 2 2 2
κ αβ =
(m
2mα mβ
α
2
2
+ mβ )
=
mα mβ ⎞ ⎟ ⎟ ⎠
2
⎛ ma 1+ ⎜ ⎜ mβ ⎝
能量传递系数 等离子体中粒子的碰撞 21
2011年5月8日
碰撞中动能的传递
⎤ ∆Kα = −κ αβ (1 − cos θ ) ⎡ ⎣ Kα − K β + ( mβ − mα ) v α ⋅ v β ⎦
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
20
碰撞中动能的传递
∆Kα = mαβ V ⋅ ∆v αβ = V ⋅ ∆Pα = −∆K β
∆Pα = − mαβ (1 − cos θ ) ( v α - v β ) = −2mαβ sin 2
θ
2
v αβ = − ∆Pβ
V=
mα v α + mβ v β mα + mβ
对头碰
动量传递最大
远碰撞
动量传递最小
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
17
等离子体中粒子的碰撞
概述 碰撞的基本概念 碰撞中动量的传递 碰撞中动能的传递 电子与重粒子碰撞时动量和动能的传递 偏转角 碰撞截面 碰撞频率 平均自由程 等离子体中的库仑碰撞 驰豫时间
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
10
碰撞的基本概念
在质心坐标系中，碰撞前和碰撞后两个相碰粒子的总动能分别为
1 1 ⎧1 2 2 2 m v m v m v + = αβ αβ ⎪ ⎪ 2 α αc 2 β β c 2 ⎨ ⎪ 1 m v' 2 + 1 m v' 2 = 1 m v' 2 α αc β βc αβ αβ ⎪ ⎩2 2 2
等离子体中粒子的碰撞
16
碰撞中动量的传递
∆Pα = −mαβ (1 − cos θ ) ( v α - v β ) = −2mαβ sin 2
θ
2
v αβ = − ∆Pβ
碰撞中动量的传递与相对速度成正比
(1 − cosθ )
碰撞中动量的传递与偏转角之间的关系由因子
2 sin
2θ
决定
2
θ =π
θ =0
β
类粒子的速度分布为各向同性
vα ⋅ vβ = 0
κ αβ =
( mα + mβ )
2mα mβ
2
=
m 2 α mβ ⎛ ma 1+ ⎜ ⎜ mβ ⎝ ⎞ ⎟ ⎟ ⎠
2
∆Kα = −κ αβ (1 − cos θ ) ( Kα − K β )
碰撞粒子之间的能量交换正比于它们的初始能量之差 能量交换效率对散射角的依赖关系决定于因子 (1 − cos θ ) 能量交换效率对质量比的依赖关系决定于系数
Xi’an Jiaotong University
研究生课程
电弧等离子体物理基础及应用
Fundamentals and Applications of Arc Plasma
史宗谦 教授 贾申利 教授 zqshi@mail.xjtu.edu.cn sljia@mail.xjtu.edu.cn
2011.3~2011.6
=
mα v α ' + mβ v β ' mα + mβ
∆Kα
⎛ mα v α + mβ v β ⎞ mα mβ = −⎜ ⋅ 1 − cos θ ) ( v α - v β ) ⎟ ⎜ m +m ⎟ m +m ( α β β ⎝ ⎠ α ⎤ = −κ αβ (1 − cosθ ) ⎡ ⎣ Kα − K β + ( mβ − mα ) v α ⋅ v β ⎦
∆v αβ = − (1 − cos θ ) vαβ k = − (1 − cos θ ) v αβ
∆Pα = mαβ ∆v αβ = −∆Pβ
∆Pα = −mαβ (1 − cos θ ) ( v α - v β ) = −2mαβ sin
2011年5月8日
2
θ
2
v αβ = − ∆Pβ
碰撞中平均 传递的动量
两个碰撞粒子的 质心矢径
2011年5月8日
mα v α + mβ v β mα + mβ
=
mα v α ' + mβ v β ' mα + mβ
R=
质心速度在碰撞 前后保持不变
可以在质心系 研究这一问题 等离子体中粒子的碰撞 7
碰撞的基本概念
V=
碰撞前两个粒子相对于质心的速度
mα v α + mβ v β mα + mβ
等离子体中粒子的碰撞
概述 碰撞的基本概念 碰撞中动量的传递 碰撞中动能的传递 电子与重粒子碰撞时动量和动能的传递 偏转角 碰撞截面 碰撞频率 平均自由程 等离子体中的库仑碰撞 驰豫时间
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
1
概述
带电粒子 中性粒子
中性气体 弱电离气体
碰撞
中性粒子 中性粒子
>>
带电粒子
碰撞后
mβ ⎧ ' ' ' − = v v V v = α αβ ⎪ αc m m + ⎪ α β ⎨ ⎪ v ' = v ' − V = − mα v ' β αβ ⎪ βc m m + α β ⎩
2011年5月8日
α 类粒子相对于β 类粒子的相对速度
vαβ ' = v α ' − v β ' = vαc ' − v βc '
=
mα v α ' + mβ v β ' mα + mβ
碰撞前
mβ ⎧ v αβ ⎪ v αc = v α − V = mα + mβ ⎪ ⎨ ⎪ v = v − V = − mα v β αβ ⎪ βc m m + α β ⎩
碰撞后两个粒子相对于质心的速度
α 类粒子相对于β 类粒子的相对速度
v αβ = v α − v β = v αc − v βc
带电粒子
短程力 两体相互作用
带电粒子 中性粒子
等离子体
碰撞
中性粒子 中性粒子
<<
带电粒子
带电粒子
长程力 集体效应
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
2
概述
平衡态
碰撞
不影响粒子分布
不影响宏观状态
非平衡态
碰撞
影响宏观输运特性
2011年5月8日
等离子体中粒子的碰撞
3
等离子体中粒子的碰撞
概述 碰撞的基本概念 碰撞中动量的传递 碰撞中动能的传递 电子与重粒子碰撞时动量和动能的传递 偏转角 碰撞截面 碰撞频率 平均自由程 等离子体中的库仑碰撞 驰豫时间