Под бездиссипативными плазмоподобными средами будем понимать такие, в которых заряды движутся без потерь. В первом приближении к ним могут быть отнесены сверхпроводники, свободные электроны или ионы в вакууме (в дальнейшем проводники). Для электронов в указанных средах в отсутствии магнитного поля уравнение движения заряда имеет вид:
\(m\frac{{d{\mathbf{v}}}}{{dt}} = e{\mathbf{E}}\) , (1)
где \(m\) и \(e\) – масса и заряд электрона, \({\mathbf{E}}\) – напряженность электрического поля, \({\mathbf{v}}\) – скорость движения заряда.
Используя взаимосвязь плотностей тока и электронов
\({\mathbf{j}} = ne{\mathbf{v}}\) (2)
из (1) получим плотность тока проводимости
\({{\mathbf{j}}_L} = \frac{{n{e^2}}}{m}\int {{\mathbf{E}}dt} \) . (3)
Введя удельную кинетическую индуктивность носителей заряда, существование которой связано с инерционными свойствами носителей заряда, имеющих массу
\({L_k} = \frac{m}{{n{e^2}}}\) , (4)
запишем равенство (3) в виде
\({{\mathbf{j}}_L} = \frac{1}{{{L_k}}}\int {{\mathbf{E}}dt} \) . (5)
Для случая гармонических полей \({\mathbf{E}} = {{\mathbf{E}}_0}\sin \omega t\) (5) запишется в виде:
\({{\mathbf{j}}_L} = - \frac{1}{{\omega {L_k}}}{{\mathbf{E}}_0}\cos \omega t\) . (6)
Из (5)-(6) видно, что плотность тока \({{\mathbf{j}}_L}\) описывает индуктивный ток, т.к. его фаза запаздывает по отношению к напряжённости электрического поля на угол \(\frac{\pi }{2}\) .
Если заряды находятся в вакууме, то при нахождении суммарного тока нужно дополнительно учитывать ток смещения
\({{\mathbf{j}}_\varepsilon } = {\varepsilon _0}\frac{{\partial {\mathbf{E}}}}{{\partial t}} = \omega {\varepsilon _0}{{\mathbf{E}}_0}\cos \omega t\) .
Видно, что этот ток носит ёмкостной характер, т.к. его фаза на \(\frac{\pi }{2}\) опережает фазу напряжённости электрического поля. Таким образом, суммарная плотность тока составит
\({{\mathbf{j}}_\sum } = {\varepsilon _0}\frac{{\partial {\mathbf{E}}}}{{\partial t}} + \frac{1}{{{L_k}}}\int {{\mathbf{E}}dt} \) ,
или для случая гармонических полей
\({{\mathbf{j}}_\Sigma } = \left( {\omega {\varepsilon _0} - \frac{1}{{\omega {L_k}}}} \right){{\mathbf{E}}_0}\cos \omega t\) . (7)
В (7) величина в скобках – суммарная реактивная проводимость среды \({\sigma _\Sigma }\) , складывающаяся из емкостной \({\sigma _C}\) и индуктивной \({\sigma _L}\) проводимости
\({\sigma _\Sigma } = {\sigma _C} + {\sigma _L} = \omega {\varepsilon _0} - \frac{1}{{\omega {L_k}}}\) .
Соотношение (7) можно переписать и по-другому:
\({{\mathbf{j}}_\Sigma } = \omega {\varepsilon _0}\left( {1 - \frac{{\omega _0^2}}{{{\omega ^2}}}} \right){{\mathbf{E}}_0}\cos \omega t\) ,
где \({\omega _0} = \frac{1}{{\sqrt {{L_k}{\varepsilon _0}} }}\) - плазменная частота.
Так получилась скалярная величина
\(\varepsilon *(\omega ) = \frac{{{\sigma _\Sigma }}}{\omega } = {\varepsilon _0}\left( {1 - \frac{{\omega _0^2}}{{{\omega ^2}}}} \right) = {\varepsilon _0} - \frac{1}{{\left( {{\omega ^2}{L_k}} \right)}} \) .
Этот параметр Ландау и называет диэлектрической проницаемостью плазмы. Но это грубейшая физическая ошибка, поскольку указанный параметр есть, ни что иное, как отношение реактивной проводимости плазмы и частоты.
Ошибку Ландау признал и известный физик А. А. Рухадзе
http://infiz.tgizd.ru/ru/arhiv/10727 http://infiz.tgizd.ru/ru/arhiv/10848