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Das Plasmafrequenz ist der Frequenz bei denen eine Störung der Neutralität in Plasma beginnt zu schwingen, siehe Plasmawellen.

Die Plasmafrequenz ${displaystyle f_{p}}$ in Hz ist gegeben durch

${displaystyle f_{p}={sqrt {nq^{2}/mepsilon _{0}}}/2pi }$

in welchem

n = Anzahl Partikel pro Volumen im Plasma in 1/m³

q = Ladung eines Teilchens in C

m = Masse eines Teilchens in kg

${displaystyle epsilon _{0}}$= elektrisch Permittivität des Vakuums = ${displaystyle 1/mu _{0}c^{2}=8.8541878.10^{-12}}$ w/m

Vor dem Elektronen gilt:

${displaystyle q=1,60219,10^{-19}}$ C

${Anzeigestil m=9,1095,10^{-31}}$ kg

Die Plasmafrequenz ist somit eine eindeutige Funktion von n.

Ionosphäre

Elektromagnetische Strahlung wird vom Plasma reflektiert, wenn die Frequenz nicht viel höher als die Plasmafrequenz ist. Reflexionsmessung kann verwendet werden, um ${displaystyle f_{p}}$, so n, von hohen Schichten der Atmosphäre. Umgekehrt lehrt die Kenntnis von n, welche Funkfrequenzen die Ionosphäre und die durch ihn hindurchgehen, was zum Beispiel für die Kommunikation mit Raumfahrzeugen wichtig ist.

Der Wert von n hängt stark von der Höhe ab. Sie ist nicht konstant, sondern ändert sich Tag und Nacht, da die Sonneneinstrahlung - insbesondere die ultraviolett Licht davon - verursacht die Ionisation. So können am Abend langwellige Radiosendungen über weite Distanzen empfangen werden. Der Wert von n schwankt auch mit dem Zyklus von Sonnenflecken.

Metallische Leiter

Es gibt auch eine Plasmafrequenz für die Ladungsträger in einem Leiter, beispielsweise einem Metall. Der Wert dieser Frequenz hängt von den Eigenschaften des Metalls wie der Anzahl und Beweglichkeit der Ladungsträger ab und kann mit dem Drude-Modell vorhergesagt werden.

Bei den meisten elementaren Metallen liegt die Plasmafrequenz im (fernen) Ultraviolett, es gibt jedoch zwei Ausnahmen: Kupfer und Gold. Bei diesen Elementen liegt die Frequenz nahe genug am sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums, um diesen Metallen ihre charakteristische Farbe zu verleihen.

Bei einigen Metallen wie Silber und Gold kann an der Grenzfläche zwischen dem Metall und seiner Umgebung eine Plasmonenresonanz auftreten, wobei unter Lichteinfluss Plasmonen -kollektive Schwingungen der Leitungselektronen - erzeugt werden.

Auf ebenen Flächen wird dieser Effekt dadurch behindert, dass es neben dem Energieerhaltungssatz auch einen Impulserhaltungssatz gibt. Ein Photon hat einen viel kleineren Impuls als ein Plasmon. Für kleine, feinteilige kolloidale Partikel ist das Impulsproblem beseitigt. Dies verleiht Goldsolen eine extrem intensive weinrote Farbe aufgrund einer starken Plasmonenresonanz bei λ~520nm.