Plazma - a negyedik halmazállapot 1
Fizikai állapot - a halmazállapot. azzal jellemezve, bizonyos minőségi tulajdonságai: a képessége vagy képtelensége, hogy az elegy térfogata és alakja. jelenlétében vagy hiányában hosszú távú és a rövid távú rendezettséget, és mások. Megváltoztatása halmazállapotban kísérheti hirtelen változása a szabad energia. entrópia. sűrűsége és egyéb alapvető fizikai tulajdonságait.
Ismeretes, hogy minden anyag csak egyikében létezhet három állapot: szilárd, folyékony vagy gáz halmazállapotban, a klasszikus példája a víz, amely lehet jég formájában, folyadék és gőz. Azonban ügynökök, akik azokban a helység vitathatatlan és hétköznapi körülmények között, ha vesszük az egész világegyetem egészére, nagyon kicsi. Nem valószínű, hogy túl azon, ami a kémia elhanyagolhatónak tekinthető nyomai. Minden más dolog az univerzum az úgynevezett plazma állapotban.
A „plazma” (a görög „plazma” -. „Távolság”) a közepén a XIX
a. Ezek vált ismertté, mint a színtelen része a vérben (anélkül, hogy a vörös és fehér vérsejtek), és
folyadék kitölti az élő sejteket. 1929-ben, az amerikai fizika Irving Longmyur (1881-1957), és finoman Levy (1897-1971) az úgynevezett ionizált plazma-gáz a kisülő csőben.
Angol fizikus Uilyam Kruks (1832-1919), aki tanult elektromos
kisülési csövek ritkás levegő, ezt írta: „A jelenség evakuált
csöveket felfedezni egy új világot a fizikai tudomány, amelyben számít létezhet egy negyedik állapotban van. "
Bármilyen anyag megváltoztatja annak hőmérsékletétől függő
állam. Így a víz negatív (Celsius-fok) hőmérsékleten van a szilárd állapotban a 0-tól 100 „C -. A folyadék 100 ° C felett a gáznemű Ha a hőmérséklet tovább emelkedik, az atomok és a molekulák kezdik elveszíteni elektronok - ionizált és gázt egy plazma hőmérséklete több 1000000 ° C a plazmát teljesen ionizált -. csak áll elektronok és pozitív ionok plazma -. legelterjedtebb halmazállapot a természetben, a számlák mintegy 99% -a az univerzum tömegének Sun, a legtöbb csillag, ködök -. ez tovább Nost ionizált plazma. A külső része a Föld légkörének (az ionoszféra) is a plazma.
Több sugárzási övek felett elrendezett tartalmazó plazma.
Aurora, villámlás, beleértve a labda - ezek a különböző típusú plazma, amely megfigyelhető természetes körülmények között a Földön. És csak egy kis része a világegyetem anyag szilárd állapotban - a bolygók, aszteroidák és por ködök.
Kevesebb plazma fizika megérteni álló gáz elektromosan
töltött és semleges részecskék, ahol a teljes elektromos töltés nulla, m. o. kvázi-semlegesség állapotban (tehát, például egy sugár az elektronok repülő nélkül vákuumban plazmában: ez negatív töltést hordoz).
A plazma a következő tulajdonságokkal:
Elegendő sűrűsége. töltött részecskék legyen elég közel egymáshoz, hogy mindegyiket interakcióba az egész rendszer a szorosan egymás töltött részecskék. A feltétel akkor teljesül, ha a szám a töltött részecskék a befolyási (gömb Debye sugár) elegendő a megjelenése kollektív hatások (pl megnyilvánulások - a jellemző tulajdonságait a plazma). Matematikailag ez a feltétel a következőképpen fejezhető ki:
1AppDataLocalTempmsohtmlclip1 „/>, ahol a
Prioritás belső kölcsönhatások: Debye szűrés hosszúnak kell lennie, kicsi, mint a jellemző méret a plazma. Ez a kritérium azt jelenti, hogy kölcsönhatások előforduló jelentősebb, mint a hatás a felületén, amely el lehet hanyagolni a plazmában. Ha ez a feltétel teljesül, a plazma lehet tekinteni, mint kvázi-semleges. Matematikailag ez így néz ki:
Plazma jelentése: az átlagos idő közötti ütközések részecskék nagynak kell lennie, mint a rezgési periódus a plazma. Ezek a rezgések hatása okozza a töltés az elektromos mező. eredő megsértése kvázi semlegesség a plazma. Ez a mező igyekszik helyreállítani az egyensúlyt. Visszatérve az egyensúlyi helyzet, a töltés áthalad a nyújtása tehetetlenség, ami ad okot, hogy egy erős mező visszatér felmerülő tipikus mechanikai rezgések. [8] Ha ez a feltétel teljesül, az elektromágneses tulajdonságait a plazma túlsúlyban molekuláris kinetikai. A matematika nyelvén ez a feltétel a formája:
Plazma általában osztva tökéletes és tökéletlen, az alacsony hőmérséklet és a magas hőmérséklet, az egyensúly és egyensúlyi, és gyakran hideg plazma egyensúlyi és egyensúly meleg.
Ha elolvassa a tudományos és a népszerű irodalom olvasó foltok gyakran a sorrendben tíz plazma hőmérsékletét, több százezer, vagy akár millió ° C vagy K leírására a fizika a plazma, amely nem mérhető a hőmérséklet ° C és egységekben részecske mozgás jellemző energiát, például a elektronvolt (eV). A transzferek eV hőmérséklet használhatja a következő összefüggést: 1 eV = 11600 K (Kelvin). Egyértelmű tehát, hogy a hőmérséklet a „több tízezer ° C” viszonylag könnyen megvalósítható.
Egy nem egyensúlyi plazma elektron hőmérséklete jelentősen magasabb, mint az ion hőmérsékletet. Ez akkor fordul elő miatt a különbség a tömegek ionok és elektronok, ami megnehezíti a folyamat energia-metabolizmus. Ilyen helyzet áll elő gáznemű lemerül, ha a ionok a hőmérsékletet körülbelül száz és több tízezer elektronok körül K.
Az egyensúlyi plazma, mind a hőmérséklet egyenlő. Ami az ionizációs folyamat szükséges hőmérsékletet, összehasonlítható az ionizációs potenciál, egyensúlyi plazma általában forró (hőmérséklet nagyobb, mint több ezer K).
A koncepció a magas hőmérsékletű plazma tipikusan a plazma fúziós, amely előírja hőmérséklet a milliók K.
Annak érdekében, hogy a gáz át az állam a plazma, szükséges, hogy ionizálja. A ionizáció mértéke arányos az atomok számát ragasztott vagy abszorbeált elektronok, és többnyire a hőmérséklettől függ. Még gyengén ionizált gáz, amely kevesebb, mint 1% -a a részecskék az ionizált állapotban mutathatnak bizonyos tulajdonságok a tipikus plazmakoncentrációkat (kölcsönhatás vneshnimelektromagnitnym területen, és a magas elektromos vezetőképesség). A ionizáció mértéke, mint egy opredelyaetya α α = Ni / (ni + Na), ahol ni - a koncentráció a ionok és na - koncentrációja semleges atomok. A koncentráció a szabad elektronok a plazmában töltetlen ne meghatározva nyilvánvaló kapcsolatban: NE = ni, ahol - az átlagos értéke a felelős a plazma-ionok.
A tipikus alacsony hőmérsékletű plazma ionizációs foka (legfeljebb 1%). Mivel egy ilyen plazma gyakran használják az ipari folyamatokban, néha nevezik tech plazma. Leggyakrabban ezek segítségével létrehozott elektromos mezőket, hogy felgyorsítja az elektronok, ami viszont ionizálják az atomok. Elektromos mezők vezetünk be a gáz útján induktív vagy kapacitív csatolás (lásd. A induktív csatolású plazma). Tipikus alkalmazások közé tartozik a plazma alacsony hőmérsékletű plazma felület módosítás tulajdonságok (gyémánt film, nitridálási fém nedvesíthetőség megváltozása), a plazma maratással felületek (félvezető iparban), tisztítása a gázok és folyadékok (víz ozonizálása és korom égését részecskék dízelmotorok).
Forró plazma szinte mindig teljesen ionizált (ionizációs foka
100%). Általában ez azt jelentette, a „negyedik halmazállapot”. Egy példa sluzhitSolntse.
Amellett, hogy a hőmérséklet, amely alapvető fontosságú a létét a plazma, a második legfontosabb jellemzője a plazma sűrűségét. Kifejezés sűrűségű plazma kifejezés általában az elektronsűrűség, azaz a száma szabad elektronok egységnyi térfogatra (szigorúan véve, itt az úgynevezett sűrűség koncentráció - nincs tömege egységnyi térfogatú, és a részecskék száma egységnyi térfogatban). A kvázi-semleges plazma ion sűrűség társul hozzá az átlagos töltés az ionok
Mivel a plazma egy nagyon jó vezető, az elektromos tulajdonságok fontosak. plazma potenciális vagy potenciális helyet az úgynevezett átlagos értéke az elektromos potenciál egy adott ponton. Abban az esetben, ha a plazma bejelentkezett bármely szerv, a potenciális általában kevesebb, mint a plazma potenciális előfordulása miatt a Debye réteg. Ezt a lehetőséget az úgynevezett lebegő potenciálja. Mivel a jó elektromos vezetőképesség a plazma hajlamos menekülni minden elektromos mezők. Ez ahhoz vezet, hogy a jelenség a kvázi semlegesség - a negatív töltés sűrűség jó pontossággal megegyezik a sűrűsége pozitív töltések (
Példák nonquasineutrality plazma elektronsugár. Sűrűsége azonban nem semleges plazmák kell nagyon kicsi, ellenkező esetben gyorsan szétesik miatt Coulomb-taszítás.
A plazmát lehet leírt különböző részletességgel. Jellemzően, plazmát leírása külön elektromágneses mezők.
A fluid modellben elektronok szempontjából leírt sűrűség, hőmérséklet és az átlagos sebesség. A modell alapja: a mérleg egyenlete a sűrűség, az egyenlet lendületmegmaradás, az elektron energia-egyensúly egyenlet. A két-folyadék modell azonos módon az ionok tekintjük.
3.2. kinetikai leírása
Néha folyadék modell nem elegendő, hogy leírja a plazmában. Részletesebb leírás ad kinetikai modell, amelyben a plazmát leírt szempontjából elektron eloszlásfüggvény, a koordináták és impulzusokkal. A modell alapja a Boltzmann-egyenlet. A Boltzmann-egyenlet alkalmazható a leírás a plazma töltött részecskék a Coulomb kölcsönhatás miatt hosszú távú jellegét Coulomb erők. Ezért, hogy leírja a plazma Coulomb kölcsönhatás Vlasov egyenletet használjuk egy önkonzisztens elektromágneses mező által termelt töltött részecskék a plazmában. Kinetic leírást kell alkalmazni hiányában termodinamikai egyensúly vagy abban az esetben, jelenléte erős plazma szabálytalanságok.
3.3. Részecske-In-Cell (részecske-sejt)
Összes Részecske-In-Cell sokkal részletesebb, mint a kinetikai. Ezek közé tartozik a kinetikai adatok nyomon követésével a pályáját számos egyedi részecskék. Density e. és a töltőáramot által meghatározott összeadásával részecskék sejtek, amelyek kisebb, mint a objektívnek tekinthető, ugyanakkor tartalmaz egy nagy részecskék számát. E. és magnézium. mezők sűrűsége díjak és az áramlatok a sejt határokat.
Plazma - minél több kevéssé ismert tárgy nemcsak a fizika, hanem a kémiában (plazma kémia), a csillagászat és sok más tudományok területén. Ezért a legfontosabb műszaki rendelkezések plazma fizika még mindig nem tér el a laboratóriumi fejlődési szakaszában. Jelenleg a plazma széles körben vizsgálták, mivel Ez nagyon fontos, hogy a tudomány és a technológia. Ez a téma érdekes az a tény, hogy a plazma - a negyedik halmazállapot, amelynek létezését az emberek nincsenek tisztában a XX században.
- Vurzel FB Polak LS Plasmochemistry, M, beszélt 1985.
- Oraevskii NV A plazma a Föld és a térben, K, Naukova Dumka 1980.
- ru.wikipedia.org