Plasmaphysik
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[Bearbeiten] Einführung
Die Plasmaphysik beschäftigt sich mit den physikalischen Prozessen in ionisierten Gasen. Sie umfasst sowohl mikroskopische Beschreschreibungen, weil ein mikroskopisches Teilchenbild verwendet wird als auch makroskopische Beschreibungen, weil es kollektive Effekte gibt. Der Plasmazustand gilt als ein weiterer Aggregatszustand der Materie, da seine Eigenschaften von denen neutraler Gase stark abweichen.
Die mittlere kinetische Energie der ionisierten Teilchen ist gross im Vergleich zu ihrer potentiellen Energie, d.h. die Ionen bewegen sich weitgehend geradlinig, was durch gelegentliche Stösse unterbrochen wird. Moleküle zerfallen bei genügend grosser Energie in Atome und diese wiederum in Ionen (elektrisch geladene Atome) und Elektronen.
Wegen der geladenen Teilchen kann das Verhalten eines Plasmas durch elektromagnetische Felder stark beeinflusst werden. Ist die Energiedichte der Felder gross im Vergleich zur Dichte der kinetischen Energie des Plasmas, wird die Dynamik durch das Magnetfeld dominiert. Beim umgekehrten Verhältnis bestimmen die Strömungen des Plasmas das Magnetfeld. Die starke Wechselwirkung eines Plasmas mit elektomagnetischen Feldern und die Coulomb-Wechselwirkung der Teilchen beeinflusst die Wellenfronten erheblich.
Die für ein Plasma geltenden Eigenschaften findet man nicht nur bei ionisirten Gasen, sondern auch bei leitenden Flüssigkeiten und in Festkörpern. Die interessanteste Eigenschaft ist das Auftreten kollektiver Effekte, was zu Synchronizität bei den Prozessen führt.
[Bearbeiten] Grundgleichungen
Die Bewegung eines geladenen Teilchens in elektomagnetischen Feldern wird durch die Bewegungsgleichung
beschrieben. Die Bahn eines geladenen Teilchens in einem homogenen Magnetfeld ist spiralförmig.
Häufig wird versucht, "relativistisch" zu rechnen. Die kinetische Energie des Teilchens ist in diesem Fall E = mc2γ wobei
Es wird hierbei Gebrauch von der Vierergeschwindigkeit 
gemacht, wobei
Die Lagrange-Funktion für ein geladenes Teilchen in einem elektromagnetischen Feld ist
Der verallgemeinerte Impuls ist dann
Bei kartesischen Koordinaten ist
Die Hamilton-Funktion (Legendre-Transformierte aus der Lagrange-Funktion) gibt die Gesamtenergie des Teilchens an:
Daraus folgen die Hamiltonschen Bewegungsgleichungen
[Bearbeiten] Kritik
Es ist fraglich, ob der Impuls - auch der verallgemeinerte Impuls - im Detail eine brauchbare Grösse ist. Sinngemäss kann man nur sagen, dass ein schwereres Teilchen mehr Power als ein langsameres hat, das sich mit gleicher Geschwindigkeit bewegt. Im Detail ist vermutlich ein neues Modell notwendig, welches mit Fehlanpassungen oder ähnlichem arbeitet. Zumindest ist der Impuls im Gegensatz zu den offiziellen Darstellungen keine Erhaltungsgrösse, sondern eine "Leiche im Schrank", die Newton hinterlassen hat. Erhalten wird nur die Energie.
Fraglich ist auch, ob relativistische Gleichungen im Detail adäquat sind, da Einsteins Theorie weitgehend widerlegt wurde. Richtig scheint aber zumindest die berühmte Formel E=mc² zu sein.
