¿Por qué las ondas que pasan “sacuden” los electrones del plasma cuando su frecuencia es más baja que la frecuencia del plasma, pero de lo contrario se propagan a través del plasma?

Para explicarlo realmente, debes comenzar con el modelo de plasma.

Comience con un montón de electrones libres (ya que eso es un plasma). Ahora coloque un campo eléctrico oscilante sobre él, solo eléctrico, la parte magnética será una respuesta. ¿Cuánto se desplaza el electrón? En realidad, seguirá acelerando hasta que el campo cambie de dirección, luego acelerará en la otra dirección. Haz los cálculos y mira su posición con el tiempo, suponiendo que inicialmente estaba en reposo.

El vector de polarización eléctrica P se puede definir como la carga multiplicada por el desplazamiento del promedio. Si observa la carga y el desplazamiento, observa que hay una “polarización” del plasma a medida que oscila de un lado a otro.

Dado que la distancia que recorren los electrones depende de cuánto tiempo puedan acelerar los electrones, una frecuencia más alta producirá un desplazamiento más bajo.

Trabajando a través de las matemáticas, descubres que P es inversamente proporcional al cuadrado de la frecuencia y la masa del electrón, y directamente proporcional al número de electrones y al cuadrado de la carga y directamente proporcional a la intensidad del campo eléctrico. , pero en dirección opuesta al campo eléctrico.

Defina la susceptibilidad como polarización por campo eléctrico, luego la susceptibilidad es lo que se describió anteriormente, y la susceptibilidad termina siendo negativa para todas las frecuencias . La permisividad se define como 1 más susceptibilidad, dejándonos con

permitividad del plasma = ε0 [1 – (ne ^ 2) / m ε0 ω ^ 2)]

O, definiendo la frecuencia de plasma como √ [(ne ^ 2) / (m ε0)]
tenemos

ε = ε0 [1 – ωp ^ 2 / ω ^ 2]

Por debajo de la frecuencia del plasma, la permitividad es negativa . Por encima de la frecuencia plasmática es positiva.

Dado que la velocidad de fase de la luz es 1 / √με, lo que tenemos es una velocidad de fase imaginaria.

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En el razonamiento físico, podemos pensar que los electrones pueden moverse lo suficiente como para cancelar la onda entrante y generar una onda que es equivalente a una reflexión completa del 100% mientras la onda oscila por debajo de la frecuencia del plasma, pero por encima de la frecuencia del plasma los electrones no te muevas lo suficiente como para cancelar la onda entrante o generar una reflexión completa.

Feynman tiene una discusión encantadora en el volumen II. Básicamente, los electrones que se pueden sacudir libremente, se agitan de manera que reflejen la onda incidente, razón por la cual los conductores reflejan. Aisladores con electrones unidos que no pueden sacudirse, no pueden hacer eso y son penetrados por las ondas EM.

Los plasmas tienen electrones libres para moverse y sacudirse, hasta una cierta frecuencia, pero no por encima de eso. Por lo tanto, actúan como metales en bajas frecuencias, pero como gases en las más altas.

http://www.carnicominstitute.org/articles/plasma1.htm

Cuando hablamos de frecuencia de plasma, queremos decir que un modo no puede propagarse en los electrones de plasma con una frecuencia inferior a esa. Pero vaya un nivel más profundo, piense en el plasma como electrones e iones en el espacio vacío, la radiación puede viajar y viajará en este espacio vacío e interactuará con estas partículas. La frecuencia de plasma solo significa que el tipo de modo que estamos evaluando no se propagará, no significa que no pueda haber NINGÚN tipo de modo / interacción posible. El efecto neto es, por supuesto, un rayo, que en realidad es observable, mientras que una sola onda a una frecuencia no lo es.