Physique des plasmas

Matériel

• Plaque de plasma virtuelle avec ions et électrons
• Curseurs de densité nₑ et d'amplitude de déplacement
• Affichage des relations ω_pe et λ_D

Protocole

1. Exciter les oscillations du plasma

   Dans la figure 1 « Oscillation collective », voyez la couche d'électrons décalée du fond d'ions puis rappelée — ce sont les oscillations de Langmuir. Modifiez « Amplitude de déplacement » : les oscillations grossissent mais la fréquence reste quasi fixe : $\omega_{pe}$ est une propriété du milieu, pas de l'amplitude (corrections non linéaires ignorées).

2. Vérifier ω_pe ∝ √nₑ

   Montez « Densité relative nₑ » ×4 et lisez l'affichage : la fréquence caractéristique double — confirmant $\omega_{pe} = \sqrt{n_e e^2/(\varepsilon_0 m_e)}$. Pendant ce temps la longueur de Debye diminue : $\lambda_D = \sqrt{\varepsilon_0 k_BT_e/(n_e e^2)}$ — un plasma plus dense écrante mieux les champs.

3. Relier aux plasmas réels

   Dans la figure 2, comparez la tendance à des valeurs réelles : ionosphère terrestre ($n_e \sim 10^{11}\!-\!10^{12}$ m⁻³, ω_pe de quelques MHz — d'où la réflexion des ondes AM), tokamaks ($n_e \sim 10^{20}$ m⁻³, ω_pe ~100 GHz), cœurs d'étoiles. Notez : la fréquence plasma pose un « plancher » — les ondes $\omega < \omega_{pe}$ ne se propagent pas dans le plasma.

Simulation

Histoire de l’expérience

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