Al Bundy a posé la question dans Sciences et mathématiquesPhysique · il y a 2 mois

Comment se comporte le son lorsqu'il rencontre un état plasma?

2 réponses

Évaluation
  • il y a 2 mois
    Meilleure réponse

    Question pas évidente... à laquelle je donne une réponse simple.

     

    Avant de parler des plasmas, parlons de la propagation des sons dans les gaz non ionisés :

    1- C’est quoi un gaz ?

    Un gaz peut être modélisé comme un ensemble de molécules libres, électriquement neutres, se déplaçant dans l’espace et entrant en collisions élastiques entre elles. La vitesse moyenne des molécules d’un gaz est proportionnelle à la racine de leur masse moléculaire (masse atomique x nombre d’atomes d’une molécule). Voici quelques exemples de moyennes quadratiques de vitesses des molécules à 300 K et à pression atmosphérique :

    Azote (diatomique): 517 m/s

    Oxygène  (diatomique) : 483 m/s

    Hydrogène (diatomique)  : 1934 m/s

    Hélium (monoatomique, mélange d’hélium 4 et 3) : de l‘ordre de 1000 m/s

    2- C'est quoi une onde acoustique ?

    Une onde acoustique est une onde de pression longitudinale. Sa célérité est généralement inférieure à la vitesse quadratique moyenne des molécules du gaz. Elle augmente avec la pression. A pression atmosphérique, voici quelques célérités d’ondes acoustiques dans des gaz :

    - Air (azote et oxygène) : 340 m/s (< 500 m/s qui est la vitesse quadratique moyenne)

    - Hélium (monoatomique) : 700 m/s (vitesse qui explique la voix aigüe obtenue après avoir inspiré de l’hélium, car la fréquence est multipliée environ par 2)

    A titre de comparaison, voici quelques célérités d’ondes acoustiques dans des liquides et solides :

    - Eau liquide : 1500 m/s

    - Fer solide : 5000 m/s

    3- C'est quoi un plasma ?

    Un plasma est un gaz dans lequel les molécules sont ionisées. Un plasma est donc constitué d’ions positifs et d’électron négatifs, beaucoup moins massiques que les ions. L’ionisation peut être le résultat d’un champ électrique, comme c’est le cas dans un tube néon. Elle peut aussi être obtenue à température très élevée, comme c’est le cas dans les étoiles. 

    4- Quelles sont les ondes sonores dans les plasmas ?

    Il existe deux types d'ondes longitudinales dans les plasmas :

    4-1 Les ondes électroniques, dans lesquelles seuls les électrons sont mis en mouvement : Les vitesses de ces ondes sont évidemment très importantes (de l’ordre de 10 000 m/s), puisque inversement proportionnelles à la racine des masses (l’électron est 1836 fois moins massique que le proton). Ainsi, dans un plasma froid comme celui d’un tube néon, cette vitesse très grande des ondes électroniques permet la transmission quasi sans déphasage du courant alternatif dans le gaz ionisé (le courant est électronique, pas ionique comme dans l’électrolyte d’une batterie !)

    4-2 Les ondes acoustiques ioniques, dans lesquelles les électrons et les ions participent tous deux au mouvement d'oscillation (c'est le cas dans les plasmas chauds et, sous conditions, dans les plasmas froids):

    - a. Les ondes électroniques, qui ont une fréquence légèrement supérieure à celle des ions s’amortissent plus ou moins rapidement (cela a été démontré, en approximation linéaire, par Landau, puis, en mode non linéaire, par Villani), de sorte qu’on néglige ces ondes électroniques.

    - b. Les ondes acoustiques ioniques, qui n’existent en pratique que si ZTe est très grand devant Ti (Z : charge moyenne d'un ion, Te et Ti les températures des populations électronique et ionique). Lorsque les ondes ioniques existent, leurs célérités sont assez faibles (de l’ordre de 100 m/s), on les qualifie de pseudo-ondes.

    5- Qu'arrive-t-il lorsqu'une onde sonore rencontre un état plasma ?

    Et bien, cela peut être utilisé pour chauffer un plasma : Des expériences ont montré qu'une onde HF propagée dans un plasma, à fréquence égale ou proche de sa fréquence propre, a pour effet de provoquer une onde BF dans le plasma, qui réchauffe ce dernier.

    https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00208496/docu...

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  • Anonyme
    il y a 2 mois

    Ca, je l'ignore

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