Starea fizică - starea materiei. caracterizată prin anumite proprietăți de calitate: capacitatea sau incapacitatea de a menține volumul și forma. prezența sau absența pe distanțe lungi și ordine rază scurtă de acțiune, și altele. Modificarea stării de agregare poate fi însoțită de o schimbare bruscă în energia liberă. entropie. densitate și alte proprietăți fizice de bază.
Este cunoscut faptul că orice substanță poate exista numai într-una din cele trei stări: solidă, lichidă sau gazoasă, exemplul clasic fiind apa care poate fi sub formă de gheață, lichid și vapori. Cu toate acestea, agenții care sunt în aceste condiții incontestabile și banale luate în considerare, dacă luăm întregul univers ca un întreg, este foarte mic. Ele sunt puțin probabil să depășească ceea ce în chimia este considerată urme neglijabile. Orice altceva este chestii din universul este în stare de plasmă așa-numitele.
Cuvântul „plasmă“ (de la grecescul „plasmă“ -. „Lichidare“), în mijlocul secolului al XIX
în. Au devenit cunoscut sub partea incoloră a sângelui (fără celule sanguine albe și roșii) și
de fluid umple celulele vii. In 1929, American Physics Irving Longmyur (1881-1957) și fin Levy (1897-1971), numit gaz de plasmă ionizate în tubul de evacuare.
fizician englez Uilyam Kruks (1832-1919), care a studiat electrice
tuburi cu descărcare, cu aer rarefiat, el a scris: „Fenomenele în evacuate
tuburi descoperă o nouă lume a științei fizice, în care materia poate exista într-o a patra stare. "
Orice material își schimbă dependența față de temperatură
de stat. Astfel, cele negative (centigrade) temperaturile sunt în stare solidă, în intervalul de la 0 la 100 „C. - în lichid peste 100 ° C, în stare gazoasă Dacă temperatura continuă să crească, atomii si moleculele incep sa piarda electroni - ionizate și gaz într-o plasmă la temperaturi mai multe 1000000 ° C, plasma este complet ionizat. - este alcătuită numai din electroni și ioni pozitivi cu plasmă. - starea cea mai răspândită a materiei în natură, acesta reprezintă aproximativ 99% din masa universului Soare, de cele mai multe stele, nebuloase. - acest pe Nost plasmă ionizată. Partea exterioară a atmosferei Pământului (ionosfera), de asemenea cu plasmă.
Mai multe centuri de radiații aranjate mai sus conținând plasmă.
Aurora, fulgere, inclusiv mingea - toate aceste tipuri diferite de plasmă, care pot fi observate în condiții naturale de pe Pământ. Și doar o mică parte a universului este un material în stare solidă - planetele, asteroizi și praf nebuloase.
Sub fizica plasmei înțeleg gaz care constă electric
încărcat și particule neutre, în care sarcina electrică totală este zero, m. p. condiție cvasi-neutralitate (deci, de exemplu, un fascicul de electroni care zboară în vid fără plasmă poartă o sarcină negativă).
Plasma are următoarele proprietăți:
densitate suficientă. Particulele încărcate ar trebui să fie suficient de aproape unul de altul, astfel încât fiecare dintre ele este interacționat cu întregul sistem de particule încărcate aflate la distanțe mici. Condiția este îndeplinită în cazul în care numărul de particule încărcate în sfera de influență (sfera Debye rază) este suficientă pentru apariția efectelor colective (aceste manifestări - proprietățile tipice ale plasmei). Matematic, această condiție poate fi exprimată după cum urmează:
1AppDataLocalTempmsohtmlclip1 „/>, în cazul în care
interacțiuni interne prioritare: Debye lungime de screening trebuie să fie mici în comparație cu dimensiunea caracteristică a plasmei. Acest criteriu înseamnă că interacțiunile care apar mai semnificative în comparație cu efectele asupra suprafeței sale, care pot fi neglijate în plasmă. Dacă această condiție este îndeplinită, plasma poate fi considerată ca fiind cvasi-neutru. Matematic, se pare ca acest lucru:
frecvența cu plasmă: timpul mediu între ciocnirile particulelor trebuie să fie mare în comparație cu perioada de oscilație a plasmei. Aceste vibrații sunt cauzate de acțiunea taxei pe câmpul electric. care rezultă dintr-o încălcare a cvasi-neutralitate a plasmei. Acest câmp caută să restabilească echilibrul. Revenind la poziția de echilibru, taxa trece prin furnizarea de inerție, care la rândul său dă naștere unei puternice întoarce câmp apar vibrații mecanice tipice. [8] Atunci când această condiție este îndeplinită, proprietățile electromagnetice ale plasmei predomină asupra cinetică moleculară. În limbajul matematicii, această condiție are forma:
Plasma este de obicei împărțită în, temperatura scăzută perfectă și imperfectă și temperatură ridicată, echilibrul și neechilibru, cu adesea plasma rece este neechilibru și echilibru la cald.
Când citiți spoturile științifice și populare cititor de literatură adesea de ordinul zecilor de temperatură cu plasmă, sute de mii sau chiar milioane ° C sau K. Pentru a descrie fizica plasmei, care nu este de a măsura temperatura în ° C, și în unități de mișcare a particulelor energetice caracteristice, de exemplu, în electron volți (eV). Pentru transferurile de temperatura eV poate utiliza următoarea relație: 1 eV = 11600 K (Kelvin). Astfel, este clar că temperatura în „zeci de mii ° C“ destul de ușor realizabil.
La o temperatură de electroni cu plasmă neechilibru este considerabil mai mare decât temperatura de ioni. Acest lucru se întâmplă datorită diferenței în masele de ioni și electroni, ceea ce complică procesul metabolismului energetic. O astfel de situație apare în evacuările gazoase când ionii au o temperatură de aproximativ sute zeci de mii de electroni în jurul K.
Într-un echilibru plasmatic, ambele temperaturi sunt egale. În ceea ce privește temperatura necesară procesului de ionizare, comparabil cu potențialul de ionizare, plasma de echilibru este de obicei fierbinte (la o temperatură mai mare de câteva mii de K).
Conceptul de plasma de temperatură ridicată este utilizată în mod tipic pentru fuziunea cu plasmă, care necesită temperaturi în milioane K.
Pentru ca gazul a trecut în starea de plasmă, este necesar pentru ionizarea. Gradul de ionizare este proporțională cu numărul de atomi legați sau electroni absorbite, iar cea mai mare parte depinde de temperatura. gaz chiar slab ionizate în care mai puțin de 1% din particule sunt în stare ionizata pot prezenta anumite proprietăți plasmatice tipice (interacțiune cu câmpul vneshnimelektromagnitnym și conductivitate electrică ridicată). Gradul de ionizare ca opredelyaetya α α = ni / (ni + na), unde ni - concentrația ionilor și na - concentrația atomilor neutri. Concentrația de electroni liberi în NE neîncărcat plasmatică determinată relație evidentă: ne = ni, în cazul în care - valoarea medie a taxei ionilor de plasmă.
Pentru gradul tipic redus de ionizare cu plasmă de temperatură (până la 1%). Din moment ce un astfel de plasmă este adesea folosit în procesele industriale, acestea sunt numite uneori plasmă tech. Cel mai adesea ele sunt create folosind câmpuri electrice care accelerează electronii, care, la rândul ioniza atomii. câmpuri electrice sunt introduse în gazul prin cuplaj inductiv sau capacitiv (vezi. cuplată inductiv plasmă). Aplicațiile tipice includ plasma de temperatură joasă proprietăți de modificare a suprafeței cu plasmă (film de diamant, nitrurare higroscopicitate modificare), suprafețe de gravare cu plasmă (industria semiconductorilor), purificarea gazelor și lichidelor (ozonare de apă și arderea particulelor de funingine în motoarele diesel).
cu plasmă caldă este aproape întotdeauna complet ionizat (grad de ionizare
100%). De obicei, se înțelege prin „a patra stare a materiei.“ Un exemplu este sluzhitSolntse.
În plus față de temperatură, care este de o importanță fundamentală pentru însăși existența plasmei, a doua caracteristică cea mai importantă este densitatea plasmei. plasma densitate expresie se referă în general la densitatea de electroni, adică numărul de electroni liberi pe unitatea de volum (strict vorbind, numită aici concentrare densitate - nici o masă pe unitatea de volum, iar numărul de particule pe unitatea de volum). Într-o densitate de ioni cu plasmă cvasi neutră asociată cu ea prin încărcătura medie a ionilor
Deoarece plasmă este un conductor foarte bun, proprietățile electrice sunt importante. potențial de plasmă sau potențial spațiu numit valoarea medie a potențialului electric la un anumit punct. În cazul în care plasma conectat orice organism, potențialul său va fi în general mai mică decât potențialul plasmei datorită apariției stratului Debye. Acest potențial se numește un potențial flotant. Datorită o bună conductivitate electrică a plasmei tinde să scape de toate câmpurile electrice. Acest lucru conduce la fenomenul de cvasi-neutralitate - densitatea de sarcină negativă, cu o precizie bună egală cu densitatea sarcinilor pozitive (
plasma Exemple nonquasineutrality este fascicul de electroni. Cu toate acestea, densitatea plasmelor non-neutre ar trebui să fie foarte mică, în caz contrar acestea se vor dezintegra rapid din cauza repulsiei Coulomb.
Plasma poate fi descrisă în diferite niveluri de detaliu. De obicei, plasma este descrisă separat de câmpurile electromagnetice.
În fluidul de electroni model sunt descrise în termeni de densitate, temperatură și viteza medie. Modelul se bazează pe: ecuația de echilibru pentru densitatea, ecuația de conservare a impulsului, ecuația de echilibru energetic de electroni. Modelul cu două fluide în același mod sunt considerate ionii.
3.2. descriere cinetică
Uneori, modelul de fluid este insuficient pentru a descrie plasma. O descriere mai detaliată oferă modelul cinetic în care plasma este descrisă în ceea ce privește funcția de distribuție de electroni, coordonatele și impulsurile. Modelul se bazează pe ecuația Boltzmann. Ecuația Boltzman aplicabilă pentru descrierea plasmei particule încărcate cu interacțiunea Coulomb datorită rază lungă natura forțelor Coulomb. Prin urmare, pentru a descrie plasma cu ecuația Vlasov interacțiune Coulomb este utilizat cu un câmp electromagnetic autoconsistentă produsă de particulele încărcate ale plasmei. Descrierea Kinetic trebuie aplicată în absența echilibrului termodinamic sau în cazul prezenței neregularităților plasmatice puternice.
3.3. Particule In-Cell (particule în celulă)
Modele de particule-In-Cell sunt mai detaliate decât cinetica. Acestea includ informații cinetice prin urmărirea traiectoriei unui număr mare de particule individuale. Densitate e. iar curentul de încărcare determinat prin însumarea particulelor în celule care sunt mici în comparație cu obiectivul considerat, dar cu toate acestea conțin un număr mare de particule. E. și magneziu. câmpuri sunt densități ale taxelor și curenților la limitele de celule.
Plasma - mai prost obiectul cunoscut nu numai în fizica, ci, de asemenea, în chimie (chimie plasmă), astronomie și multe alte științe. Prin urmare, cea mai importanta fizica provizioanelor tehnice de plasmă nu este încă din faza de laborator de dezvoltare. În prezent, plasma a fost studiat extensiv, deoarece Este de mare importanță pentru știință și tehnologie. Acest subiect este interesant prin faptul că plasma - a patra stare a materiei, existența care oamenii nu sunt conștienți în secolul XX.
- Vurzel FB Polak LS Plasmochemistry, M, vorbit 1985.
- Oraevskii NV Plasma în pământ și în spațiu, K, Naukova Dumka, 1980.
- ru.wikipedia.org