宇宙电动力学 基本原理PDF电子书下载

第一章 总论 1

1．1 引言 1

1．2 宇宙物理学中的磁场 3

1．3 感应电场 9

1．3．1 匀速运动物质中的感应电场 9

1．3．2 旋转物体中的感应电场 12

1．4 正、负空间电荷的近似相等 15

参考文献 15

第二章 带电粒子在磁场中的运动 19

2．1 引言 19

2．2 带电粒子在均匀静磁场中的运动 20

2．2．1 未扰运动 20

2．2．2 非磁力作用下或由孤立的磁场不均匀区引起的扰动运动．引导中心 22

2．2．3 迴旋中心的运动．惯性力 25

2．3 缓变磁场 28

2．3．1 磁场随时间变化的情况 28

2．3．2 磁场梯度沿磁场方向有分量的情况 30

2．3．3 磁场梯度在垂直于磁场方向有分量的情况 31

2．3．4 总平均速度 33

2．3．5 沿弯曲磁力线运动的效应 35

2．3．6 磁镜 36

2．3．7 寝渐不变量 38

2．3．8 实验和观测 44

2．4 带电粒子在偶极磁场中的运动．斯笃默方法 45

2．4．1 模型实验 48

2．5 带电粒子在偶极磁场中的运动．微扰法 48

2．5．1 关于微扰法的适用性 48

2．5．2 带电粒子在偶极磁场中的漂移运动 50

2．5．3～2．5．5 带电粒子在偶极磁场赤道面附近的运动 54

2．6 电场对带电粒子在磁场中运动的影响 57

2．6．1 赤道面内的运动 58

2．6．2 沿磁力线的振动 60

2．6．3 在偶极磁场中带电粒子的运动区域和禁区 61

2．7 在变化磁场中带电粒子的加速 64

2．7．1 寝渐的动量变化概述 64

2．7．2 单级加速 66

2．7．3 多级过程 67

2．7．4 磁泵 69

2．8 在磁场中运动的带电粒子辐射损失 71

参考文献 73

第三章 磁流体力学 77

3．1 引言 77

磁流体力学波 78

3．2 定性讨论 78

3．2．1 不可压缩流体的情形 78

3．2．2 可压缩流体的情形 79

3．3 基本方程 80

3．3．1 磁力项 81

3．4 不可压缩流体中的平面波．均匀磁场 82

3．4．1 无穷电导率 84

3．4．2 有限电导率 86

3．4．3 磁流体力学波当作磁力线的振动 87

3．4．4 磁流体力学波当作电磁波的一种特殊情形 88

3．4．5 磁流体力学波的反射和透射 90

3．5 不可压缩流体中任意形式的波 92

3．5．1 无穷电导率 94

3．5．2 关于科里奥利力效应的注记 95

3．6 不可压缩流体中的磁流体力学涡环 96

3．7 流团的磁流体力学振荡 97

3．8 可压缩媒质中的磁流体力学波．磁声波 99

3．8．1 基本方程的线性化和简化 99

3．8．2 色散关系和传播模式 101

3．9 磁流体力学适用性的判据 107

3．10 磁流体力学波的实验观测 112

磁流体力学的其他应用 113

3．11 有磁场时导电流体的定常运动 113

3．11．1 由磁场引起的各向异性．实验 114

3．11．2 费拉罗等旋定律 115

3．12 磁流体静力学 118

3．12．1 无作用力磁场 119

3．13 磁流体力学稳定性 122

3．13．1 扭绞磁场的稳定性 124

3．13．2 不稳定性的模型实验 126

3．14 产生宇宙磁场的机制 127

3．14．1 柯林定理 128

3．14．2 自激发电机 129

3．14．3 扭曲不稳定性模型 131

3．14．4 等离子体环实验 132

3．14．5 由不稳定性引起的磁场放大 134

参考文献 136

第四章 等离子体 141

4．1 引言 141

4．2 概述 143

4．2．1 放电概论 143

4．2．2 相似变换 144

4．2．3 等离子体的一般性质 146

4．3 等离子体中的碰撞过程 151

4．3．1 弱电离等离子体中的电流 153

4．3．2 等离子体中的库仑碰撞 157

4．3．3 弱电场中高度电离等离子体中的电流 162

4．3．4 强电场中的高度电离等离子体．逃逸电子 163

4．4 双极扩散 165

参考文献 167

第五章 磁等离子体 169

5．1 引言．等离子体的分类 169

5．1．1 高密度等离子体，λ<<ρ 169

5．1．2 中等密度等离子体，ρ<<λ<<lc 170

5．1．3 低密度等离子体，lc<<λ 170

5．1．4 宇宙物理学中的磁等离子体 175

5．1．5 磁等离子体性质的概述 177

5．2 磁等离子体理论 178

5．2．1 等离子体的微观描述和宏观描述 178

5．2．2 漂移速度和宏观速度间的关系 179

5．2．3 宏观方程 181

5．2．3．1 三组元流体模型 181

5．2．3．2 运动方程和广义欧姆定律 184

5．2．3．3 电导率的数值 187

5．3 横向电导率和霍耳电导串 189

5．3．1 阻止霍耳电流的效应 191

5．3．2 等效电路 192

5．3．3 关于非均匀等离子体中垂直于磁场的电流 194

5．4 磁力线的冻结 197

5．4．1 宏观模型 197

5．4．2 微观模型．低密度等离子体 199

5．5 等离子体不均匀性的形成 200

5．5．1 放电的收缩 201

5．5．2 箍缩效应．贝内特关系 202

5．5．3 无作用力磁场中的丝状电流 203

5．6 磁等离子体中的扩散 207

5．6．1 平行于磁场的扩散 207

5．6．2 横越磁场的扩散 208

5．6．3 双极扩散 209

5．6．4 中等密度和低密度等离子体中由磁场不均匀性引起的扩散 209

5．6．5 反常扩散 210

5．7 等离子体的磁特性 211

5．7．1 热动平衡中的等离子体 211

5．7．2 扩散的、弱电离的等离子体 213

5．7．3 磁约束的完全电离等离子体 215

5．8 磁等离子体的膨胀川流 216

5．8．1 电场和磁场 217

5．8．2 高能带电粒子的加速 222

5．8．3 粒子的环向漂移 223

5．9 分布函数 224

5．9．1 分布函数应满足的方程 225

5．9．2 平衡分布 227

5．9．3 应力张量 227

参考文献 229