Introduction to Plasma Physics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Plenum Press

作者:Francis F. Chen

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1974

价格:0

装帧:

isbn号码:9780306307553

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导言：探寻宇宙深处的物质形态 我们生活的宇宙，远非只有我们熟悉的固态、液态和气态。在恒星炽热的核心，在星际空间弥漫的尘埃云中，在闪耀着绚丽极光的极地夜空中，存在着一种截然不同的物质状态——等离子体。它由高度电离的原子组成，电子和离子以惊人的速度自由穿梭，赋予了等离子体独特的电磁特性和引人入胜的物理行为。 《等离子体物理导论》这本书，将带领我们踏上一场深入探索这种宇宙中最普遍、也最神秘的物质形态的旅程。它不仅是一本学术著作，更是一扇开启理解宇宙运行规律的窗口，为我们揭示了那些构成恒星、驱动星系、甚至影响我们日常生活现象的幕后推手。 第一章：等离子体的定义与分类 本书的开篇，将首先为读者建立一个坚实的认知基础。我们将明确等离子体并非简单的“带电气体”，而是具有高度电离特性的物质。书中会深入阐述等离子体的基本概念，例如电离度、德拜长度、等离子体频率等关键参数，这些参数是理解等离子体行为的基石。 我们将详细介绍等离子体的各种分类方式。根据电离度的不同，等离子体可以分为部分电离等离子体和完全电离等离子体。部分电离等离子体在地球的大气层、火焰等环境中常见，而完全电离等离子体则是恒星内部以及宇宙空间中的主要形态。根据等离子体与电磁场的相互作用，又可以区分出弱耦合等离子体和强耦合等离子体。 此外，书中还会讨论等离子体的温度和密度等关键特征，以及它们如何影响等离子体的宏观和微观性质。通过对这些基础概念的详尽阐述，读者将能够对等离子体建立起一个清晰而全面的认识。 第二章：等离子体的基本动力学 一旦理解了等离子体的本质，我们便要深入探讨其运动的规律。本章将聚焦于等离子体中的粒子行为，特别是带电粒子在电磁场中的运动。我们将介绍洛伦兹力，这是驱动等离子体粒子运动的核心力量。 书中会详细讲解带电粒子如何在磁场中发生回旋运动，以及这种回旋运动与磁场强度的关系。这对于理解等离子体在磁场中的约束和输运至关重要。同时，我们将探讨粒子在电场中的加速和减速过程，以及这些过程如何影响等离子体的能量分布。 本书还将引入“相空间”的概念，通过分析粒子在相空间中的分布，来描述等离子体的统计行为。我们将介绍麦克斯韦-玻尔兹曼分布，这是描述处于热平衡状态的等离子体粒子速度分布的经典模型。同时，也会触及偏离平衡态的等离子体可能出现的各种分布形态。 第三章：等离子体中的波动现象 等离子体并非静止不动，它是一个充满活力的系统，能够产生各种复杂的波动。本章将深入研究等离子体中的各种波动模式，揭示其物理机制和传播特性。 我们将详细介绍阿尔芬波（Alfvén waves），这是一种在磁化等离子体中传播的横波，在天体物理和聚变能源研究中扮演着重要角色。书中会推导阿尔芬波的色散关系，并解释其在磁场中的传播方式。 除了阿尔芬波，我们还将讨论朗缪尔波（Langmuir waves），这是一种在无磁场等离子体中传播的纵波，与电子的振荡运动密切相关。书中会分析朗缪尔波的激发和耗散机制。 此外，本章还会涉及其他重要的等离子体波动，如离子声波（ion-acoustic waves）、磁声波（magnetosonic waves）等，并探讨这些波动在不同等离子体环境下的表现。通过对波动现象的深入剖析，读者将能够理解等离子体如何进行能量和信息的传播。 第四章：等离子体的碰撞过程与输运现象 尽管等离子体中的粒子运动迅速，但它们之间并非完全没有相互作用。碰撞是等离子体演化和输运过程中不可忽视的因素。本章将详细阐述等离子体中的碰撞过程，并以此为基础，分析等离子体的输运现象。 我们将深入探讨库仑碰撞（Coulomb collisions），这是带电粒子之间主要的相互作用方式。书中会介绍碰撞截面、平均自由程等概念，并分析碰撞对粒子速度分布和能量交换的影响。 基于对碰撞过程的理解，本章将进一步讨论等离子体的输运现象，包括电导率、热导率、扩散系数等。这些输运系数是描述等离子体宏观行为的关键参数。我们将分析磁场如何影响等离子体的输运，以及在强磁场环境下出现的特殊输运现象。 第五章：等离子体的磁流体动力学（MHD）理论 等离子体与磁场之间存在着复杂的耦合关系，这种关系可以用磁流体动力学（MHD）理论来描述。本章将为读者介绍MHD的基本方程组，并阐述其在描述等离子体宏观行为方面的强大能力。 我们将讲解MHD方程中的连续性方程、动量方程和能量方程，以及它们如何描述等离子体的流动和能量传输。特别地，书中会引入磁场方程，解释磁场如何随着等离子体的运动而演化，以及磁场的“冻结”现象。 MHD理论能够解释许多宏观的等离子体现象，例如太阳风的形成、磁层结构、以及聚变装置中的等离子体约束等。通过学习MHD理论，读者将能够获得理解这些复杂现象的有力工具。 第六章：等离子体在天体物理中的应用 等离子体是构成宇宙的主要物质形态，因此，理解等离子体物理对于天体物理学的研究至关重要。本章将重点探讨等离子体在宇宙中的广泛应用。 我们将分析恒星内部的等离子体，揭示恒星发光的能源机制，例如核聚变。书中会讨论恒星大气中的等离子体现象，如太阳耀斑、日冕物质抛射等，以及它们对地球空间环境的影响。 此外，本章还将探讨星际介质和星系中的等离子体。我们将分析黑洞吸积盘中的等离子体过程，以及等离子体在射电星系和活动星系核中的作用。从宇宙大尺度的结构到微观的粒子加速，等离子体无处不在，扮演着至关重要的角色。 第七章：等离子体在实验室和工程中的应用 除了在宇宙中，等离子体在人类的科技发展中也发挥着越来越重要的作用。本章将介绍等离子体在实验室和工程领域中的各种应用。 其中，可控核聚变是等离子体物理领域最引人瞩目的研究方向之一。书中将详细介绍托卡马克、仿星器等聚变装置的工作原理，以及如何利用等离子体来产生清洁、可持续的能源。 此外，等离子体在材料科学、表面处理、以及微电子制造等领域也具有广泛的应用。例如，等离子体刻蚀是半导体制造中的关键技术，能够实现高精度、高效率的图形化。等离子体还被用于表面改性，例如提高材料的硬度、耐磨性或亲疏水性。 总结 《等离子体物理导论》旨在为读者提供一个全面、深入的等离子体物理知识体系。从基础概念到复杂的理论模型，从宏观现象到微观粒子行为，本书将引导读者逐步掌握理解等离子体的核心工具。通过对天体物理和工程应用的介绍，读者还将认识到等离子体在我们理解宇宙和推动科技进步中的关键作用。 这本书不仅仅是一本教材，更是一次探索未知、启迪智慧的旅程。它将激发读者对宇宙深处物质形态的无限好奇，并为他们打开通往更广阔科学世界的大门。无论您是初学者还是对等离子体物理已有一定了解的研究者，都能从中受益，深刻地认识到这个“物质第四态”的迷人之处及其在科学和技术前沿的巨大潜力。

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