等離子體頻率

等離子體頻率是等離子體內的某種擾動引發正負電荷的分離，使等離子體粒子產生集體振盪，相應的振盪頻率稱為等離子體頻率。正負電荷在空間完全相抵的等離子體中，由於某種原因（如熱運動漲落）使某一小區域內正負電荷分離成電子和離子並在它們之間建立電場，因而電子和離子都會得到靜電勢能。電場對電子和離子都要施加庫侖作用力，把它們拉回到原來呈電中性狀態的位置（稱為平衡位置）恢復電中性。當電子返回到平衡位置時，所得到的靜電勢能完全變成動能，電子將繼續往前運動，直到它的動能又完全變成了靜電勢能為止。此時電子又被庫侖作用力拉回平衡位置，重複以上過程。電子在其平衡位置做週期性的簡諧運動即振盪。由此在等離子體內部形成了電子的集體振盪，這種因漲落而引起的電子羣的集體運動，稱為等離子體振盪。這種振盪在等離子體內各處互不相關地發生着，其振盪頻率稱為等離子體頻率，又稱朗繆爾頻率。等離子體頻率是表徵等離子體特性的重要參數之一。 ^[1] 

在冷等離子體中，由於等離子體頻率ω_p和波數 k無關，羣速等於零，所以等離子體振盪是一種局部振盪，不向外傳播，不形成波。但在熱等離子體中，即考慮了電子的熱運動後，這種振盪運動會形成羣速不為零的縱波，也就是朗繆爾波，其頻率為ω_p是表徵等離子體特性的一個重要的物理量，它反映等離子體中的電子對電場擾動的響應的快慢。對於非磁化等離子體，電磁波（橫波）只有當其頻率大於ω_p時，才能在等離子體中傳播。 ^[2] 

等離子體中電子温度不為零時，則以熱運動速度流入鄰近等離子體區域中的電子能把振盪區域發生的振盪帶到鄰近的等離子體區域，使鄰近的等離子體區域發生振盪而形成波。這種波是縱波，稱為電子等離子體波或朗繆爾波，又稱空間電荷波。 ^[3]  等離子體頻率ω_p是表徵等離子體特性的一個重要的物理量，反映等離子體中的電子對電場擾動的響應的快慢。在忽略電子熱運動與碰撞，即在所謂冷等離子體條件下，ω_p只與電子的數密度、質量、電荷有關。在冷等離子體中，等離子體振盪是一種局部振盪，不向外傳播，不形成波（其羣速為零）。實際上離子也在作集體振盪。由於電子比離子活躍得多，如果電子温度很高，則在離子完成一個振盪的時間內，電子依靠熱運動可以實現空間均勻分佈，離子的振盪是在均勻負電背景下產生的。因離子質量遠大於電子質量，離子的振盪頻率遠小於電子振盪頻率，其影響可以忽略。通常所謂等離子體振盪頻率即指電子振盪頻率。

等離子體頻率是表徵等離子體特徵的一個重要參量，在等離子體中，如果由於某種原因引起小範圍內電中性的破壞，那麼等離子體就會在數量級為ω_p^－1的時間內去消除它。因此，對於遠小於等離子體頻率的任何低頻擾動，等離子體將以足夠快的反應來維持它的電中性。

由於等離子體具有維持宏觀電中性的趨勢，當等離子體區域中有過剩電子時，形成向內的電場，電子會向背離電場運動，當形成電中性的區域時，電子卻仍然有速度，導致區域內電子不足，又會形成向外的電場，電子會減速並向區域內運動。這樣電子會反覆運動，形成了震盪，類似於彈簧振子。 ^[4]