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The structure of self-excited nonlinear density waves in dusty plasmas under microgravity conditions [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Kristoffer Ole Menzel

115 pages
?tTheM?rzStructurevofFSelf-Excitedts-UnivNonlineaKristoerrhaftlicDensitulyChristian-AlbrecWzuavesvinMenzelDusth-NaturwissenscyhenPlasmasakUndertMicrogravitderyhConditionsersit?tDissertationKielzurorgelegtErlangungondesOleDoktorgradesKielder2011Mathematisc?ndlicReferen.t:13..h.2011...Prof..T...ge.Dek.....R..eingrub.der.Pr?fung:.13..Druc.Kiel,.2011..........Prof.Dr.Dr.Wimmer-ScA.wPielerKagorreferenmt:hen.....Mai.Zum.k.nehmigt:.den.Mai.Der.an.unendlicF?rF?rTineLiebundEureJheone.te.vKurzfassungstaubigenInelcdieoneinanderserumeriscDissertationBereicwverdenegen.Diclehdorttewellenfeldellenvindemeinembausgedehn?pft,tenaufdreidimen-undsionalenolstaubigenOszillatorenPlasmaeunenderterrequenzclusterScdiehEinewherelosigkveitsicinrequenzclustereinersindHohlie?liccrequehfrequenzendentladungist.unerimentersuceinhint.hgef?hrt,DiezeigtWbellenStautreteneinbheisindniedrigenwNeutralgasdr?constankFenrundhhohennicStaub-nicdicbildhhestenzul?sst.in-Gegenwtarthstr?mendermiteinan-Ionendiespderondertanfernerauf.ollst?ndigeSief?rsindbzumeistesulnichhntWlelterineardellieren.undkdassucWdasellenfeldubsicesitztsogenanneinedieserkmoompliziertetewStruktur,wdiewsicundhinstabilbstetig.eispielswteeisetdecdurcDieshann?hernddasFAuftretenhvnzspronnandsogenannttenhetwurdeopzuvologiscthenSieDefekten,td.h.WOrten,hanwdenenhsicWheiterhinWheellenfrondasstenanalysiertenaufteilenundonicdertvbereinigen,sind.blmehremerkbarvmacsichfastt.
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?tTheM?rzStructurevofFSelf-Excitedts-UnivNonlineaKristoerrhaftlicDensitulyChristian-AlbrecWzuavesvinMenzelDusth-NaturwissenscyhenPlasmasakUndertMicrogravitderyhConditionsersit?tDissertationKielzurorgelegtErlangungondesOleDoktorgradesKielder2011Mathematisc?ndlicReferen.t:13..h.2011...Prof..T...ge.Dek.....R..eingrub.der.Pr?fung:.13..Druc.Kiel,.2011..........Prof.Dr.Dr.Wimmer-ScA.wPielerKagorreferenmt:hen.....Mai.Zum.k.nehmigt:.den.Mai.Der.an.unendlicF?rF?rTineLiebundEureJheone.te.vKurzfassungstaubigenInelcdieoneinanderserumeriscDissertationBereicwverdenegen.Diclehdorttewellenfeldellenvindemeinembausgedehn?pft,tenaufdreidimen-undsionalenolstaubigenOszillatorenPlasmaeunenderterrequenzclusterScdiehEinewherelosigkveitsicinrequenzclustereinersindHohlie?liccrequehfrequenzendentladungist.unerimentersuceinhint.hgef?hrt,DiezeigtWbellenStautreteneinbheisindniedrigenwNeutralgasdr?constankFenrundhhohennicStaub-nicdicbildhhestenzul?sst.in-Gegenwtarthstr?mendermiteinan-Ionendiespderondertanfernerauf.ollst?ndigeSief?rsindbzumeistesulnichhntWlelterineardellieren.undkdassucWdasellenfeldubsicesitztsogenanneinedieserkmoompliziertetewStruktur,wdiewsicundhinstabilbstetig.eispielswteeisetdecdurcDieshann?hernddasFAuftretenhvnzspronnandsogenannttenhetwurdeopzuvologiscthenSieDefekten,td.h.WOrten,hanwdenenhsicWheiterhinWheellenfrondasstenanalysiertenaufteilenundonicdertvbereinigen,sind.blmehremerkbarvmacsichfastt.enZielbderdetaillierteArbtaneneitzistwes,undiesehronisationraum-zeitlicwiehegetriebStrukturolderannWiesesellenadeVtraBefundeillierthenzunahe,unllentersucgekhen.vDiezuetabliertenwMethoArbden,t?rewieUnz.B.ungendieinsbFerhaltenourier-Analyse,densindfassen.daf?rh,jedodiecdurchFauf-DiegrundeitdeszutransienBildtendicVllen,erhaltensdiedereWbleellenhselwir-nhurOszillatorenbdasedingtges?ttigtegeeignet.tiert.BasierendStattdessenaufsogenannderFHilbenert-Tktransformationorden.istsinddaherheeinkneuesterVrequenz,erfahrendurceingef?hrtabruptewrequeorden,?ngewoneielcehesgetrenneinesind.AnalysesolcaufBeobacuntungterscinhiedlicPlasmenhen,orfreihwgemac?hlbarent.Zeitskistalenherlaubt.mitMitlinearendieserellenMethonacdeHuygenslassenereinbar,sicelchlediglicinsbeineesondereariableinstanellenl?ngetaneWGr??en,stelltwiehbreispielswaus,eisediePhaseeidenundPh?nomeneinstanDefektetFaneFhrequenzgetrenndervWzuelle,eobacdenieren.tenSoSiekvieannengdasderWerknellenfelddaf?rhjedenDefekteaufgenommenenausscZeitschhritttlangrekClustergrenzenonstrewuiEineertAnalyseundinstanPFositionnundgibtBewHin-egeiseueinengvderSyncDefekteanbClustergrenzen,estimmestisolierte,weneerden.an-der-PAu?erdemOszillatorenistekestdurcDhReinetzeitlictheeinMittelungergleicderdeinstanexptanentellenGr??enmitmumerisc?glicStudienh,gendiedieglobaleneWalselleneigenscSystemhaftenoppzuselbsterregterunan-der-PtersucOszillatorenhen.moInDaf?rdiesererdenArbdiesereiteitwirdomplemenprim?nrhedieter-r?umlichhedurcFdierequenzvesondereerteilungVderderWanellenClustergrenzenunmtersucEshsict.dassDabheiOszillatorenzeigtgegenseitigsichh,tesdassrequency-Pullingdieeeinussen.FErgebnisserequenzArbinf?hrdennmeisteneinemF?llendiziertenrder?b-uhme-wlicheshStaubvolkariiert.als?bEnsemerrascmiteinanderhenderweceisekerfolgtnicdertlinearerbselbsterregtereobacansieht,tetedasAbfalle,niWcrepr?senhtanAbstractfrequeInvthmore,iumericalsinthesis,isdust-densiteacynwitaavclusterseationsolvarecannotiound-nypicalvcoupledestigatedininTheanutuextendedtthree-decreasedimensionalered.dustyytheplasmavundervmicrograothvittlyyeconditionstaneousinsteaolradio-frequencywdiscFharge.scopThethewhamovdustesllatorsemergeturnssptheon,taneouslyt.atbloofwhneutralSucgasmadepressuresyandHuygens'highwhicdusttdensitiesvineentheandpresenceedofarestreamingtheions.alongTheyanalysisareealsoftenatnonlinearasanddrivtheandwtoaasvder-Peose,eldarecompriseswabcomplicatedclusterstructure,thewofhithesiscdust-densithtreaisensemreecteractingtthee.d,the.g.,mostinvtheSurpris-appobservearancenotofso-calledso-calvleddiscotopareologconstanical,defects,separatedi.e.,frequencyloancationsasoffarsplittingoforImerg-compatibleingwwtheoryainvaebutfronwts.FThehasaimthatofphenomenatheyweorkendeisRather,torelatedexamineotherthismospatio-tempexclusivoralclusterstructureAofthethefurtherwtsasyncvclesbinisdetailiso-.vFThisorcomparisonthis,studiesthedelestablivshsystemevdoscilmthisethotarydsvlikwithine,ofe.g.,whictheincludeFviorourieratanalysisoundaries.arefoundonlyaectsuitableintofrequencyaoflimitedtoepicturextwewhicnstasdueoftollytheself-sustainedtransienrepresentsaturatedbeehaItvioroutofatheinwcasesafrequencyvarieses.space.Thinglyus,thebasededonistheconstanHilbInstead,ertfrequencytransform,haaeneweenwvorkoThesewregionshasalmostbteenncyinwhictro-areduced,bwhicabrupthjumps.allohwsobservtowanalyzenotthesowinaeldvdustesplasmas.ontdierennott,withilinearndaievidually,chhosenvtimeesscales.constanInfrequencyparticular,athearyingmethoadelength.canurther-bitebusedfoundtobdeneanalyzedinstandefectstanefrequencouclusterssbquanobservtitiesindepsucnh.astheythecloselyphasetoorhthesinceinstandefectstaneousvfrequencyalmostofelythethewbaaries.vdetailede.ofWithinstanthis,frequencytherevwhinaforvincompleteehronizationtheeuldrcanoundariesbitetreconstructedforatlatedeacenhan-der-Precordedoscillators.timeresultstepaandwiththeumericalpsuggestositionmoanthedamotionesofatheofdefectsself-sustainedcanan-bolelators.determined.orMoreopurpvcomplemener,nitinisestigationsprealizedossiblethetoeinthisvork,estigatehtheparticularglobalthewehaaofvoscillatorsethepropbertiesThere,bisythataoscillatorsveaceragingotherthetermsinstanso-calledtaneouspulling.quanresultstithistleadiaesdiedtempoforallyy.aInes,thishwtork,thethecloudspatialanfrequencybledistributionmofatheinwnonlinearaoscivthatestsisunstableinwvvestigatedeld.primarily.Contents.1.IntroWduction.1S2.W.avesAnalysisin.Dust.y81Plasmasy5.2.1.F.undamen.tals.of.Dust.yExpPlasmasA.Spatial.....Global.......T.........43................5Journa2.1.1vBasicWNotations......27.Microgravit.e.......requency.......Defects.................an-der-P.th......5Results2.1.2.F.orces.A44cting.on.Dust.P46articles......ry.B.ers.Dust-Densit.vit.in.................Self-Excited7aves2.231ExternallyaExcitedructureW.a.v.e.s.in.Stable4.2Tofwvo-Dimensional.Systems......34.ologica11.2.3.Self-Excited.Dust-Densit.y.W.a.v4.4es................5.Coupled.Oscillato.Description.Mo.............5.2..12.2.4.Summary..........Cluster...............Comparison.rimen...........6.Conclusions.ibliography.rints.P.B.1.of.W.Under.75.requency.Dust-Densit.v..15.3.Generation.and.Analysis.of.Dust-Densit.y.W.aves.17.3.1.Dust.y.Plasma4inDust-DensittheWIMPF-K2UnderChamyb4.1erW.v.St...........................3117F3.2DistributionsAnalysistheofatheesSpatio-T.emp.oral.W.a.v.e.Prop.erties..4.3.op.l................21.3.2.1.Space.-Time.Diagram....37.Discussion.................................39.Numerical.of.V21ol3.2.2rsF5.1ourierofAnalysise.del.........................43.Basics......................22.3.2.3.Anal.ytic.Signal..5.3.Boundaries.............................5.4.With.e.ts............24.3.2.4.D.efect.Detection47.Summa.and.51.B.57.Rep.of.l.ap.73.The.tructure.Self-Excited.y.a.es.Microgra.y.B.2.F.Clustering.Nonlinear.y.a.es25.3.3.ConcludingiRemarks.Contents.B.3iiF.requency.clusters.and.defect.structures.in.nonlinear.dust-densit.y.w.a.v.es.under.microgra.vit87yconditions

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