關於電磁波在等離子體的電導率

simonlee

HI﹐

昨天開TAG最後討論關於等離子體的電導率為虛數的物理含義﹐我想在這兒概括一下。
公式 電流密度 (J) = 電導率 (sigma) * 電場強度 (E)------(*)﹐
由於電導率為虛數﹐  即電流密度的位相跟電場強度的相差為90度﹐而熱損耗等於電流密度和電場強度的點乘﹐結果等於零即完全沒有焦耳熱損耗 。

從上面公式(*)﹐由於電導率(sigma) 是電阻率(rho)的倒數﹐
公式可寫為   
            電場強度 (E)= 電阻率(rho) * 電流密度 (J),
此公式的參數可以用另一套參數代替﹐
            即 E--> V, rho-->R﹐ J-->I﹐
最後變成為我們熟知的歐姆定律
            電位差(V)=電阻或阻抗(R 或 Z) * 電流(I)

這樣﹐我們可以用另一較為熟識的例子---沒有電阻的電容或電感交流電路---去理解等離子體的電導率為虛數的物理意義: 純電容交流電路或 純電感交流電路的阻抗分別為Z=1/jwC或Z=jwL, 其中的w, C, L為交流電路的頻率﹐電容值和電感值﹐j 為負 1 的開方根。他們的阻抗都是虛數﹐即電容或電感元件二端的電位差跟流過元件的電流相差90度相位差(超前或落後)﹐這種純電容或 純電感交流電路都沒有焦耳熱損耗﹐詳細的機理可參考物理教科書。

Simon