The Physics of Plasmas

Sources......Page 5
What is Plasma?......Page 6
Brief History of Plasma Physics......Page 7
Basic Parameters......Page 10
Plasma Frequency......Page 11
Debye Shielding......Page 12
Plasma Parameter......Page 14
Collisions......Page 16
Magnetized Plasmas......Page 18
Plasma Beta......Page 19
Introduction......Page 21
Motion in Uniform Fields......Page 22
Method of Averaging......Page 23
Guiding Centre Motion......Page 25
Magnetic Drifts......Page 30
Invariance of Magnetic Moment......Page 32
Poincaré Invariants......Page 33
Adiabatic Invariants......Page 34
Magnetic Mirrors......Page 35
Van Allen Radiation Belts......Page 38
Ring Current......Page 43
Second Adiabatic Invariant......Page 46
Third Adiabatic Invariant......Page 48
Motion in Oscillating Fields......Page 50
Introduction......Page 53
Moments of the Distribution Function......Page 56
Moments of the Collision Operator......Page 58
Moments of the Kinetic Equation......Page 61
Fluid Equations......Page 63
Entropy Production......Page 64
Fluid Closure......Page 65
Braginskii Equations......Page 72
Normalization of the Braginskii Equations......Page 85
Cold-Plasma Equations......Page 93
MHD Equations......Page 95
Drift Equations......Page 97
Closure in Collisionless Magnetized Plasmas......Page 100
Langmuir Sheaths......Page 104
Plane Waves in a Homogeneous Plasma......Page 111
Cold-Plasma Dielectric Permittivity......Page 113
The Cold-Plasma Dispersion Relation......Page 116
Polarization......Page 118
Cutoff and Resonance......Page 119
Waves in an Unmagnetized Plasma......Page 120
Low-Frequency Wave Propagation......Page 122
Parallel Wave Propagation......Page 125
Perpendicular Wave Propagation......Page 130
Wave Propagation Through Inhomogeneous Plasmas......Page 133
Cutoffs......Page 139
Resonances......Page 141
Resonant Layers......Page 145
Collisional Damping......Page 146
Pulse Propagation......Page 148
Ray Tracing......Page 152
Radio Wave Propagation Through the Ionosphere......Page 155
Introduction......Page 158
Magnetic Pressure......Page 160
Flux Freezing......Page 161
MHD Waves......Page 162
The Solar Wind......Page 167
Parker Model of Solar Wind......Page 170
Interplanetary Magnetic Field......Page 174
Mass and Angular Momentum Loss......Page 180
MHD Dynamo Theory......Page 183
Homopolar Generators......Page 186
Slow and Fast Dynamos......Page 189
Cowling Anti-Dynamo Theorem......Page 191
Ponomarenko Dynamos......Page 195
Magnetic Reconnection......Page 200
Linear Tearing Mode Theory......Page 202
Nonlinear Tearing Mode Theory......Page 211
Fast Magnetic Reconnection......Page 213
MHD Shocks......Page 218
Parallel Shocks......Page 222
Perpendicular Shocks......Page 225
Oblique Shocks......Page 226
Landau Damping......Page 232
Physics of Landau Damping......Page 242
Plasma Dispersion Function......Page 244
Ion Sound Waves......Page 247
Waves in Magnetized Plasmas......Page 248
Parallel Wave Propagation......Page 254
Perpendicular Wave Propagation......Page 256