к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ ТИ

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Э Ю Я

Нелинейный скин-эффект

При достаточно высоких значениях напряжённости переменного электромагнитного поля, когда параметры среды, напр. проводимость, начинают зависеть от поля, скин-эффект становится нелинейным, т. е. толщина скин-слоя также начинает зависеть от интенсивности электромагнитн. поля. Наиб. легко нелинейный скин-эффект реализуется в плазме. Пороговые значения амплитуд электрич. и магн. полей, при к-рых происходит переход скин-эффекта в нелинейный, зависят от параметров среды и частот.

В области НЧ определяющее влияние на проникновение поля оказывает дифференц. проводимость среды. Зависимость её от электрич. поля (т. н. электрическая нелинейность) обусловливается разогревом носителей, аномальным сопротивлением, пробоем среды и т. д. Пороговые амплитуды, при к-рых возникает нелинейность дифференц. электрич. проводимости, могут различаться весьма сильно для разных механизмов нелинейности. Вследствие этого затухание электромагнитн. поля может быть не экспоненциальным, а, напр., степенным или к--л. другим в зависимости от вида, т. е. меняется структура скин-слоя. Но характерный масштаб затухания по порядку величины остаётся равным

Значительно большее влияние в этой области частот оказывают магнитные нелинейности, к-рые могут менять скин-эффект не только количественно, но и качественно. Их действие проявляется при условии , где - циклотронная частота носителей. В режиме магнитной нелинейности скин-эффекта необходимо учитывать тензорный характер сопротивления среды в магн. поле. Зависимость диагональных компонент сопротивления от Н (магнетосопротивление)аналогична влиянию электрич. нелинейностей. Недиагональные компоненты тензора сопротивления (см. Холла эффект)наиб. ярко проявляются в нестационарной задаче о проникновении в плазму постоянного магн. поля, включаемого в нек-рый момент времени t = 0. Тогда глубина проникновения поля в плазму меняется со временем:. В режиме нелинейного скин-эффекта в зависимости от напряжённости магн. поля вместо обычного диффузионного закона проникновения магнитного поля, при к-ром происходит либо быстрое конвективное проникновение поля в плазму со скоростью порядка токовой скорости носителей (т. е. ), либо запирание поля на конечной толщине [т. е.]. Существ. роль в этих процессах играет неоднородность среды, а именно, если носители при токовом движении попадают в область более высокой своей концентрации, то реализуется конвективное проникновение, в противоположном случае - запирание.

При наложении на плазму переменного магн. поля может возникать эффект детектирования, состоящий в том, что наряду с формированием скин-слоя у границы плазмы в глубь среды уходит нелинейная волна поля нек-рого фиксиров. направления, зависящего от направления градиента концентрации носителей, а другие направления запираются.

В ИК-области, когда , нелинейные изменения происходят при, когда носителей в скин-слое толщиной с/w_р не хватает для переноса тока даже при их движении со скоростью, близкой с. В результате глубина проникновения поля увеличивается (чтобы повысить число носителей) до необходимой для поддержания тока:. В области высоких частот толщина скин-слоя в плазме может как уменьшаться, так и возрастать в зависимости от знака нелинейного вклада в диэлектрич. проницаемость. В отличие от линейного режима, в случае нелинейного скин-эффекта при медленном увеличении напряжённости поля оно, начиная с нек-рой пороговой амплитуды, проникает в глубь плазмы на расстояние, определяемое диссипативным затуханием. (Это происходит при положит. нелинейном вкладе.) В случае достаточно слабой диссипации нелинейное проникновение поля в плазму может носить характер гистерезиса, т. е. зависеть от предыстории процесса. Напр., для плазменного слоя конечной толщины эффективность Т проникновения электромагнитн. волны через слой, измеряемая отношением потоков энергии после слоя и перед ним, является неоднозначной функцией интенсивности падающей волны l (как схематически показано на рис.).

Зависимость эффективности проникновения Т электромагнитной волны через слой от её интенсивности I.

Наличие развитой турбулентности плазмы также приводит к изменению как динамики скин-эффекта, так и глубины скин-слоя, к-рая будет зависеть от интенсивности турбулентности, поскольку в нелинейном скин-эффекте взаимодействие носителей с турбулентными пульсациями существенно меняет отклик плазмы на приложенное к ней поле. Это связано, в частности, с изменением эфф. частот соударений носителей v_эф при их сильном рассеянии на турбулентных пульсациях. Напр., в изотропной бесстолкновит. плазме с развитой ионнозвуковой турбулентностью, имеющей характерные длины волн , скшювая глубина где w_s - плотность энергии ионно-звуковых колебаний; п_е, Т_е - концентрация и темп-pa электронов.

Глубина скин-слоя может резко возрастать, если в плазме возможны процессы трансформации приложенного к плазме перем. электромагнитн. поля в слабозатухающие собств. колебания, напр. в ленгмюровские волны, к-рые переносят поле на расстояния порядка обратной величины декремента затухания этих волн (см. Трансформация волн в плазме).

Литература по нелинейному скин-эффекту

Скин-эффект, поверхностный эффект
Цытович В. Н., Теория турбулентной плазмы, М., 1971;
Владимиров В. В., Волков А. Ф., Мелихов Е. 3., Плазма полупроводников, М., 1979;
Кондратенко А. Н., Проникновение поля в плазму, М., 1979;
Кингсеп А. С., Чукбар К. В., Яньков В. В., Электронная магнитная гидродинамика, в сб.: Вопросы теории плазмы, в. 1В, М., 1987, с. 209;
Кочетов А. В., Миронов В. А., Динамика нелинейного просветления плотной плазмы, «Физика плазмы», 1990, т. 16, М 8, с. 948.

Н. С. Ерохин, Н. В. Чукбар

к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ ТИ

Знаете ли Вы, что "тёмная материя" - такая же фикция, как черная кошка в темной комнате. Это не физическая реальность, но фокус, подмена.
Реально идет речь о том, что релятивистские формулы не соответствуют астрономическим наблюдениям, давая на порядок и более меньшую массу и меньшую энергию. Отсюда сделан фокуснический вывод, что есть "темная материя" и "темная энергия", но не вывод, что релятивистские формулы не соответствуют реалиям. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира