Кіріспе

Физикада, магнит өрісіндегі плазмада электрон немесе ион сияқты электрленген бөлшектің қозғалысын, бағыттаушы орталық деп аталатын нүкте төңірегіндегі салыстырмалы түрде жылдам дөңгелек қозғалыс пен осы нүктенің салыстырмалы түрде баяу қозғалысының (дрейф) қосындысы ретінде қарастыруға болады. Дрейф жылдамдықтары түрлеріне қарай, олардың зарядтарына, массаларына немесе температураларына байланысты өзгеше болуы мүмкін, бұл электр тогына немесе химиялық айырылуға алып келуі мүмкін.

Параллель қозғалыс

Магниттік Лоренц күші магнит өрісіне әрқашан перпендикуляр болғандықтан, ол параллель қозғалысқа (бірінші жақындауда) әсер етпейді. Қосымша күштері жоқ біртекті өріс кезінде зарядталған бөлшек магнит өрісінің бойымен айналып, жылдамдығының перпендикуляр компонентіне сәйкес, ал бастапқы параллель жылдамдығына сәйкес өріске параллель қозғалады, нәтижесінде спиральдік орбита пайда болады. Егер параллель компоненті бар күш болса, бөлшек және оның бағыттаушы орталығы сәйкес түрде үдемелі қозғалысқа ие болады. Егер өрістің параллель градиенті болса, шекті Лармор радиусы бар бөлшек үлкен магнит өрісінен алысқа қарай бағытталған күшті сезінеді. Бұл эффект магниттік күзгү деп аталады. Ол физика және математикадағы бағыттаушы орталықтың ауытқуымен тығыз байланысты болғанымен, олардан ерекшеленеді.

Жалпы күш ағыны

Жалпы алғанда, бөлшектерге магнит өрісіне перпендикуляр күш әсер еткенде, олар күш пен өріске перпендикуляр бағытта қозғалады. Егер бір бөлшекке әсер ететін күш болса, онда дрейф жылдамдығы былай болады.

Бұл дрейфтер, айна эффектісінен және біртекті емес B-дрейфтерінен айырмашылығы, шекті Лармор радиусына тәуелді емес, сонымен қатар суық плазмада да кездеседі. Бұл интуицияға қайшы келуі мүмкін. Егер бөлшек күш қосылғанда тұрған күйде болса, күшке перпендикуляр қозғалыс қалай пайда болады және неге күш өзімен параллель қозғалыс тудырмайды? Жауабы – магнит өрісімен өзара әрекеттесуде. Күш бастапқыда өзімен параллель үдеу тудырады, бірақ магнит өрісі нәтижедегі қозғалысты дрейф бағытында бұрады. Бөлшек дрейф бағытында қозғалғаннан кейін, магнит өрісі оны сыртқы күшке қарсы бұрады, сондықтан күш бағытындағы орташа үдеу нөлге тең. Дегенмен, күш қосылғанда (f/m)ωc−2-ге тең күш бағытындағы бір реттік орын ауыстыру болады, оны поляризациялық дрейфтің (төменде қараңыз) салдары ретінде қарастыру керек. Нәтижесіндегі қозғалыс циклоид болып табылады. Көбінесе, гирация мен біртекті перпендикуляр дрейфтің суперпозициясы трохоид болып табылады. Барлық дрейфтер күш дрейфінің ерекше жағдайлары ретінде қарастырылуы мүмкін, бірақ бұл әрқашан олар туралы ойлаудың ең тиімді тәсілі емес. Көнерінеу жағдайлар электр және гравитациялық күштер болып табылады. B градиентінен туындайтын дрейфті магниттік дипольге градиенттегі әсер ететін күштің нәтижесі ретінде қарастыруға болады. Инерциялық, поляризациялық және қисықтық дрейфтері бөлшектің үдеуін жолға қойылған күштер ретінде қарастырудан туындайды. Диамагниттік дрейфті қысым градиентінен туындайтын күштен шығаруға болады. Соңында, сәулелену қысымы және соқтығысу сияқты басқа күштер де дрейфтерге әкеледі.

Гравитациялық өріс

Күш дрейфінің қарапайым мысалы – гравитациялық өрістегі плазма, мысалы, ионосфера. Дрейф жылдамдығы:

Массаға тәуелділігіне байланысты, электрондардың гравитациялық дрейфін көбінесе ескермеуге болады. Бөлшектің зарядына тәуелділік, иондар мен электрондардың дрейф бағыттары қарама-қарсы болатынын көрсетеді, соның салдарынан ток пайда болады. Сұйық түрінде қарастырғанда, осы ток магнит өрісімен қиылысып, сыртқы күшке қарсы әрекет ететін күшті тудырады.

Электр өрісі

Бұл дрейф, көбінесе (E кесіп B) дрейф деп аталады, ерекше жағдай болып табылады, себебі бөлшектің электр күші оның зарядына тәуелді (мысалы, жоғарыда қарастырылған гравитациялық күштен өзгеше). Осының салдарынан, иондар (кез келген массасы мен заряды) және электрондар бірдей бағытта, бірдей жылдамдықпен қозғалады, сондықтан жалпы ток болмайды (плазманың квазинейтралдығын ескере отырып). Арнайы салыстырмалылық теориясы тұрғысынан, осы жылдамдықпен бірге қозғалатын санақ жүйесінде электр өрісі жоғалады. Дрейф жылдамдығының шамасы келесідей беріледі:

Біртұтас емес B

Бағыттауыш орталықтың ауытқулары сыртқы күштерден ғана емес, сонымен қатар магнит өрісінің біркелкі еместігінен де туындауы мүмкін. Бұл ауытқуларды параллель және перпендикуляр кинетикалық энергиялар тұрғысынан қолайлы түрде көрсетуге болады.

Осы жағдайда, массаға тікелей тәуелділік жойылады. Егер иондар мен электрондардың температуралары шамалас болса, онда олардың да шамалас, бірақ қарама-қарсы бағытталған, дрейф жылдамдықтары болады.

B-деңгейлі ауытқу

Бөлшек магнит өрісінің күші артқанда, оның орбитасының иілуі күшейеді, нәтижесінде дөңгелек орбита циклоидқа айналады. Дрейф жылдамдығы:

Иілгіштің ауытқуы

Зарядталған бөлшектің қисық өріс сызығын бойлай қозғалуы үшін, қажетті центростремителiк күштi қамтамасыз ету үшін қисықтық жазықтығынан тыс дрейф жылдамдығы қажет. Бұл жылдамдық:

мұндағы – қисықтықтың сол нүктеде ең жақсы жақындатылатын шеңбер доғасының ортасынан сыртқа қарай бағытталған қисықтық радиусы, ал – магнит өрісі бағытындағы бірлік вектор. Бұл дрейфті қисықтық дрейфінің және келесі шарттың қосындысына жіктеуге болады. Стационарлық магнит өрісі және әлсіз электр өрісі жағдайында инерциялық дрейф қисықтық дрейфімен салыстырғанда аз болады.

Диамагниттік дрейф

Диамагниттік дрейф шын мәнінде бағыттаушы орталық дрейфі емес. Қысым градиенті ешбір жеке бөлшектің қозғалуына себеп болмайды. Дегенмен, сұйықтықтың жылдамдығы белгілі бір қима арқылы өтетін бөлшектерді санау арқылы анықталады, ал қысым градиенті бір бағыттағы бөлшектердің саны екінші бағытқа қарағанда артық болуына әкеледі. Сұйықтықтың жалқы жылдамдығы келесідей беріледі:

Дрейфтік ағымдар

Дрейфтен басқа, әртүрлі зарядталған бөлшектердің дрейф жылдамдықтары әртүрлі болады. Осы жылдамдықтардың айырмашылығы ток тудырады, ал дрейф жылдамдығының массаға тәуелділігі химиялық ажыратуға мүмкіндік береді.