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IV-WORKSHOP NOVA FÍSICA NO ESPAÇO IV-WORKSHOP NOVA FÍSICA NO ESPAÇO 20 a 25 de Fevereiro de 2005, Campos do Jordão - SP 20 a 25 de Fevereiro de 2005, Campos do Jordão - SP ALFVÉN WAVES PROPAGATION ALFVÉN WAVES PROPAGATION IN A DUSTY PLASMA IN A DUSTY PLASMA Marcelo Camargo de Juli – IAG/USP Marcelo Camargo de Juli – IAG/USP Colaboradores: Colaboradores: Vera Jatenco Silva Pereira - IAG/USP Vera Jatenco Silva Pereira - IAG/USP Ruth de Souza Schneider - IF/UFRGS Ruth de Souza Schneider - IF/UFRGS Luiz Fernando Ziebell - IF/UFRGS Luiz Fernando Ziebell - IF/UFRGS (01/10921- 9)

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Jordão - SPJordão - SP

ALFVÉN WAVES PROPAGATION ALFVÉN WAVES PROPAGATION IN A DUSTY PLASMAIN A DUSTY PLASMA

Marcelo Camargo de Juli – IAG/USPMarcelo Camargo de Juli – IAG/USP

Colaboradores:Colaboradores:Vera Jatenco Silva Pereira - IAG/USPVera Jatenco Silva Pereira - IAG/USPRuth de Souza Schneider - IF/UFRGSRuth de Souza Schneider - IF/UFRGS

Luiz Fernando Ziebell - IF/UFRGSLuiz Fernando Ziebell - IF/UFRGS

(01/10921-9)

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I- Plasma EmpoeiradoI- Plasma Empoeirado

Gás totalmente ou parcialmente ionizado, de temperatura relativamente baixa.

Constituído por elétrons, íons e partículas dispersas de material sólido, dielétrico ou condutor, extremamente massivas (md~106-1018mp) e carregadas (qd~103e-104e).

A carga elétrica das partículas de poeira depende das condições do plasma ambiente, do tamanho e da composição do grão, podendo ser positiva ou negativa.

Os grãos de poeira possuem um distribuição de tamanho e diferentes formas.

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POEIRA

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Plasmas Empoeirados no Espaço

Anéis Planetários

Cometas

Nuvens Moleculares

Magnetosfera dos Planetas Jovianos

Região de Formação Estelar (Região HII)

Outros,...

•Voyager 2 Nov/1980

•Cassini-Huygens Jul/2004

Spokes no Anel-B de Spokes no Anel-B de SaturnoSaturno

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Plasmas Empoeirados em Laboratório

Descarga de Corrente Contínua (DC) e de Rádio freqüência

Reatores de plasmas de fusão

Dispositivos de processamento a plasma (aplicações industriais dos plasmas),

Outros,....Partícula de poeira coletada após a operação do TEXTOR-94: Uma grande esfera de ferro mostrando uma textura superficialRegular.

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II- O ModeloII- O Modelo

Plasma homogêneo com grãos de poeira esféricos de raio constante a e carga elétrica varíavel qd.

Campo magnético externo homogêneo, B0.

O processo de carregamento das partículas de poeira é a captura de elétrons e íons do plasma.

Seção de choque, para o processo de carregamento das partículas de poeira, derivada da teoria OML (orbital motion limited theory).

Os parâmetros são tais que a << G, onde G = (/ 2)1/2 rLe e rLe é o raio de Larmor dos elétrons.

Partículas de poeira imóveis (>> d ). Este modelo exclui os modos associados a dinâmica das partículas de poeira.

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III- Propagação Paralela a B0 e Função Distribuição Maxwelliana

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IV- Relação de Dispersão para as Ondas de Alfvén

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- Modelamento

A freqüência de colisão de carregamento é modelada por

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- Forma Adimensional

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-Relação de Dispersão Expandida

Para o caso sem poeira:

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V- Análise Numérica

B0 = 1.0 x 10- 4 TTi= 1.0 x 104 Kni0= 1.0 x 109 cm- 3

a = 1.0 x 10- 4 cm

Zi = 1.0mi = mp

Te = Ti

e = 0.0e = 1. 25 x 10- 6

e = 2.50 x 10- 6

e = 3.75 x 10- 6

e = 5.0 x 10- 6

FIGURA-1

-Duas raízes obtidas usando s = 1 -> (1, a) e (1, b)- Duas raízes obtidas usando s = - 1 -> (-1, a) e (-1, b)

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B0 = 1.0 x 10- 4 TTi= 1.0 x 104 Kni0= 1.0 x 109 cm- 3

a = 1.0 x 10- 4 cmZi = 1.0mi = mp

Te = Ti

a-> e = 0.0b-> e = 1. 25 x 10- 6

c-> e = 2.50 x 10- 6

d-> e = 3.75 x 10- 6

e-> e = 5.0 x 10- 6

FIGURA-2

2.b- Parte imaginária das raízes (1,b) e (-1,b)2.a- Parte imaginária das raízes (1,a) e (-1,a)

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FIGURA-3

3.a- Parte real para q = 0.05

3.b- Parte real para q = 0.1

3.c- Parte real para q = 0.15

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4.a- Parte imaginária para q = 0.05 4.b- Parte imaginária para

q = 0.1

4.c- Parte imaginária para q = 0.15

FIGURA-4

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FIGURA-5

5.a- Parte real para Ti = 0.2 x 104 K

5.b- Parte real para Ti = 5.0 x 104 K

q = 0.1s = +1,-1Te = Ti

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FIGURA-6

6.a- Parte imaginária para Ti = 0.2 x 104 K

6.b- Parte imaginária para Ti = 5.0 x 104 K

q = 0.1s = +1,-1Te = Ti

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FIGURA-7

B0 = 1.0 x10- 4 TTi= 1.0 x 104 Kni0= 1.0 x 109 cm- 3

a = 1.0 x 10- 4 cm

Zi = 1.0mi = mp

Te = Ti

e = 0.0e = 1. 25 x 10- 5

e = 2.50 x 10- 5

e = 3.75 x 10- 5

e = 5.0 x 10- 5

-Duas raízes obtidas usando s = 1 -> (1, a) e (1, b)- Duas raízes obtidas usando s = - 1 -> (-1, a) e (-1, b)

-Sem variação da carga elétrica

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FIGURA-8

e = 0.0e = 1. 25 x 10- 5

e = 2.50 x 10- 5

e = 3.75 x 10- 5

e = 5.0 x 10- 5

B0 = 1.0 x10- 4 TTi= 1.0 x 104 Kni0= 1.0 x 109 cm- 3

a = 1.0 x 10- 4 cm

Zi = 1.0mi = mp

Te = Ti

-Sem variação da carga elétrica

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VI- Conclusões- Na ausência de Partículas de Poeira

Para freqüências mais altas, a relação de dispersão descreve dois modos diferentes: as Ondas de Whistler e as Ondas Circularmente Porlarizadas.

Para freqüências bem abaixo da freqüência de ciclotron de ions, estes dois modos colapsam para um só, formando o ramo das ondas de Alfvén.

-Na Presença de Partículas de Poeira com Carga Elétrica Variável

Separação dos dois modos, mesmo para freqüências bem abaixo da freqüência de ciclotron de ions.

Novo mecanismo de amortecimento das Ondas de Alfvén associado a variação da carga elétrica das partículas de poeira.

Para grandes comprimentos de onda (pequenos valores de q) , o novo amortecimento pode superar completamente o amortecimento de Landau.

Acoplamento de modos, no ramo das ondas circularmente polarizadas, entre as ondas propagando-se em direções opostas.

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- Na Presença de Partículas de Poeira com Carga Elétrica Constante

Um amortecimento bem menor das Ondas de Alfvén, em relação ao caso onde existe a variação da carga elétrica das partículas de poeira. Este amortecimento é do tipo Landau.

Dependência na densidade de poeira:

- Baixa densidade-> O amortecimento dos dois modos aumenta de forma aproximadamente linear com a densidade de poeira.

-Densidades mais elevadas-> As ondas do ramo das ondas circularmente polarizadas possuem uma taxa de amortecimento decrescente com a densidade de poeira.

As ondas do ramo Whistler possuem uma taxa de amortecimento crescente com a densidade de poeira.