Оригинално заглавие:
H. ALFVEN, C.-G. FALTHAMMAR The Royal Institute of Technology Stockholm
COSMICAL ELECTRODYNAMICS Fundamental Principles
SECOND EDITION OXFORD AT THE CLARENDON PRESS 1963
*
АННОТАЦИЯ
Вышедшая в 1952 г. книга Г. Альвена «Космическая электродинамика» завоевала широкую известность как классическое изложение основ магнитогидродинамики. В 1963 г. в Англии вышло 2-е переработанное и дополненное издание книги, а в 1965 г. — третье издание. Книга включает вывод основных уравнений, метод ведущего центра для расчета движения заряда в магнитном поле, а также теорию магнитогидродинамических волн. Новое издание дополнено изложением вопросов генерации магнитного поля, а также теорией плазмы в магнитном поле с приложением к проблемам геофизики и управляемых термоядерных реакций.
Книга написана четким, ясным языком, главное внимание уделено основным физическим принципам. Это делает книгу доступной широкому кругу читателей: физикам, геофизикам, астрономам, механикам, инженерам-физикам — как теоретикам, так и экспериментаторам, студентам и аспирантам соответствующих специальностей.
**
ОГЛАВЛЕНИЕ
(с грешки от сканирането на математическите символи)
Предисловие к русскому изданию 5
Предисловие ко второму изданию ... 7
ГЛАВА 1. ОбЩИЙ ОБЗОР 9
1.1. Введение 9
1.2. Магнитные поля в космической физике 12
1.3. Индуцированные электрические поля 17
1.3.1. Индуцированное электрическое поле в равномерно движущейся среде 18
1.3.2. Индуцированные электрические поля во вращающихся телах 21
1.4. Приближенное равенство положительного и отрицательного пространственных зарядов 24
Литература 25
ГЛАВА 2. Движение заряженных частиц в магнитных полях
2.1. Введение 27
2.2. Движение заряженной частицы в однородном постоянном магнитном поле . 28
2.2.1. Невозмущенное движение .... 28
2.2.2. Движение, возмущенное действием немагнитных сил или отдельной неоднородностью магнитного поля. Ведущий центр 30
2.2.3. Движение центра вращения. Силы инерции 33
2.3. Медленно меняющееся магнитное поле 36
2.3.1. Переменное магнитное поле 37
2.3.2. Градиент магнитного поля имеет составляющую в направлении поля 38
2.3.3. Градиент магнитного поля имеет составляющую, перпендикулярную полю . 40
2.3.4. Результирующая средняя скорость 42
2.3.5. Движение вдоль искривленных силовый линий 42
2.3.6. Магнитное зеркало 45
2.3.7. Адиабатические инварианты . 47
2.3.8. Эксперименты и наблюдения 54
2.4. Движение в поле магнитного диполя. Метод Штёрмера 55
2.4.1. Эксперименты с «терреллой» 58
2.5. Движение в поле магнитного диполя. Метод возмущений 58
2.5.1. О применимости метода возмущений . 58
2.5.2. Дрейф в поле диполя 60
2.5.3. Движение вблизи экваториальной плоскости поля диполя 63
2.5.4 64
2.5.5 65
2.6. Влияние электрического поля на движение заряженных частиц в магнитном поле 67
2.6.1. Движение в экваториальной плоскости 68
2.6.2. Колебания вдоль силовых линий .70
2.6.3. Разрешенные и запрещенные области движения заряженных частиц в поле магнитного диполя .72
2.7. Ускорение заряженных частиц в изменяющихся магнитных полях 75
2.7.1. Об адиабатическом изменении импульсов 75
2.7.2. Однократное ускорение 77
2.7.3. Процессы многократного ускорения 78
2.7.4. Магнитная накачка 78
2.8. Радиационные потери энергии заряженными частицами, движущимися в магнитных полях 83
Литература 85
ГЛАВА 3. Магнитная гидродинамика 88
3.1. Введение 88
ГИДРОМАГНИТНЫЕ волны 89
3.2. Качественное рассмотрение 89
3.2.1. Случай несжимаемой жидкости 89
3.2.2. Случай сжимаемой жидкости 90
3.3. Основные уравнения 91
3.3.1. Член, содержащий магнитную силу 92
3.4. Плоские волны в несжимаемой жидкости. Однородное магнитное поле 94
3.4.1. Бесконечная проводимость 95
3.4.2. Конечная проводимость 98
3.4.3. Гидромагнитные волны как колебания силовых линий . . 99
3.4.4. Гидромагнитные волны как частный случай электромагнитных волн 100
3.4.5. Гидромагнитная волна на границе двух сред 101
3.5. Волны произвольной формы в несжимаемой жидкости . . .104
3.5.1. Бесконечная проводимость 105
3.5.2. Замечания о действии силы Кориолиса 106
3.6. Гидромагнитные вихревые кольца в несжимаемой жидкости 107
3.7. Гидромагнитные колебания жидких тел 108
3.8. Гидромагнитные волны в сжимаемой среде. Магнитозвуковые волны 110
3.8.1. Линеаризация и упрощение основных уравнений . 110
3.8.2. Дисперсионное соотношение и моды распространения 113
3.9. Критерии применимости магнитной гидродинамики .118
3.10. Экспериментальные наблюдения гидромагнитных волн 124
ДРУГИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ МАГНИТНОЙ ГИДРОДИНАМИКИ 125
3.11. Установившееся движение проводящих жидкостей в магнитном поле 125
3.11.1. Анизотропия, вносимая магнитным полем. Эксперименты 127
3.11.2. Закон изоротации Ферраро 127
3.12. Магнитная гидростатика 130
3.12. 1. Бессиловые магнитные поля |31
3.13. Гидромагнитная устойчивость 13о
3.13.1. Устойчивость винтовых магнитных полей . 136
3.13.2. Модельные эксперименты по изучению неустойчивостей 138
3.14. Механизмы генерации космических магнитных полей 140
3.14.1. Теорема Каулинга |41
3.14.2. Самовозбуждающееся динамо 142
3.14.3. Модель неустойчивости типа изгиба 144
3.14.4. Опыты с плазменными кольцами 145
3.14.5. Усиление поля за счет неустойчивости Н8
Литература ^
ГЛАВА 4. Плазма 155
4.1. Введение
4.2. Общее рассмотрение
4.2.1. Электрические разряды 157
4.2.2. Преобразования подобия 158
4.2.3. Общие свойства плазмы |62
4.3. Столкновительные процессы в плазме |67
4.3.1. Электрический ток в слабоионизованной плазме
4.3.2. Кулоновскне столкновения в плазме 173
4.3.3. Ток в сильноионизованной плазме в присутствии слабого электрического поля ..... 178
4.3.4. Высокоионизованная плазма в сильном электрическом поле. Убегающие электроны . 179
4.4. Амбиполярная диффузия * 181
Литература -^3
ГЛАВА 5. Плазма в магнитном поле 185
5.1. Введение 185
5.1.1. Плазма высокой плотности, Х<р 185
5.1.2. Плазма средней плотности р<€А<С/^ 186
5.1.3. Плазма низкой плотности /в<>- 186
5.1.4. Магнитная плазма в космической физике 192
5.1.5. Обзор свойств магнитной плазмы 194
5.2. Теория магнитной плазмы . 195
5.2.1. Микроскопическое и макроскопическое описания плазмы 195
5.2.2. Соотношение между скоростью дрейфа и макроскопической скоростью 196
5.2.3. Макроскопические уравнения . 199
5.2.3.1. Модель трех жидкостей 199
5.2.3.2. Уравнения движения и обобщенный закон Ома . 202
5.2.3.3. Численные значения проводимости , 204
5.3. Поперечная и холловская проводимости 207
5.3.1. Эффект запирания тока Холла . . 209
5.3.2. Эквивалентный контур . 210
5.3.3. Токи в неоднородной плазме, перпендикулярные магнитному полю .... . . 211
5.4. Вмороженные силовые линии . . 215
5.4.1. Макроскопическая модель 215
5.4.2. Микроскопическая модель. Плазма низкой плотности 218
5.5. Образование плазменных неоднородностей 219
5.5.1. Сжимающийся разряд 219
5.5.2. Пинч-эффект. Соотношение Беннетта 221
5.5.3. Нитевидные токи в бессиловых магнитных полях 222
5.6. Диффузия в магнитной плазме 227
5.6.1. Диффузия параллельно магнитному полю 227
5.6.2. Диффузия поперек магнитного поля 227
5.6.3. Амбиполярная диффузия . 229
5.6.4. Диффузия в плазме средней и низкой плотности, обусловленная неоднородностями магнитного поля .... 229
5.6.5. Аномальная диффузия 230
5.7. Магнитные свойства плазмы 231
5.7.1. Термодинамически равновесная плазма 231
5.7.2. Диффузия в слабоионизованной плазме . 233
5.7.3. Полностью ионизованная плазма, удерживаемая магнитным полем 236
5.8. Расширяющийся поток магнитной плазмы 237
5.8.1. Электрические и магнитные поля 238
5.8.2. Ускорение заряженных частиц высоких энергий 243
5.8.3. Дрейф частиц в азимутальном направлении 244
5.9. Функции распределения 245
5.9.1. Уравнения для функции распределения 246
5.9.2. Равновесное распределение 248
5.9.3. Тензор давления 248
Литература 250
Предметный указатель 254
