Nejlepší odpověď
Plazma je stav hmoty ve kterém se ionizovaná plynná látka stává vysoce elektricky vodivou do té míry, že dálkový elektrický a magnetické pole ovládají chování hmoty. Tento stav lze porovnat s jinými stavy : solid , kapalina a plyn . Na rozdíl od těchto jiných stavů hmoty je plazma za normálních podmínek na povrchu Země vzácná a je většinou uměle generována z neutrálních plynů.
Plazma je elektricky neutrální médium nevázaných pozitivních a negativních částic (tj. celkový náboj plazmy je zhruba nulový). I když jsou tyto částice nevázané, nejsou „volné“ ve smyslu nepůsobení sil. Pohybující se nabité částice generují elektrický proud v magnetickém poli a jakýkoli pohyb nabité plazmy částice ovlivňuje a je ovlivňována poli vytvořenými jinými náboji. Tím se řídí kolektivní chování s mnoha stupni variace.
Tři faktory definují plazmu:
- Plazmová aproximace : Aproximace plazmy platí, když parametr plazmy,,, [26] představující počet nosičů náboje v kouli (nazývané Debyeho koule, jejíž poloměr je Debyeův screening le ngth) obklopující danou nabitou částici, je dostatečně vysoká, aby chránila elektrostatický vliv částice mimo sféru. [21] [22]
- Hromadné interakce : Délka screeningu Debye (definovaná výše) je krátká ve srovnání na fyzickou velikost plazmy. Toto kritérium znamená, že interakce v převážné části plazmy jsou důležitější než interakce na jejích okrajích, kde mohou nastat hraniční efekty. Pokud je toto kritérium splněno, je plazma kvazineutrální. [27]
- plazma frekvence : Frekvence elektronové plazmy (měření plazmových oscilací elektronů) je velká ve srovnání s elektronově neutrální srážkovou frekvencí (měřicí frekvence srážek mezi elektrony a neutrální částice). Pokud je tato podmínka platná, dominují elektrostatické interakce nad procesy běžné kinetiky plynu. [28]
Teplota [ upravit ]
Teplota plazmy se běžně měří v kelvinech nebo elektronvolty a je neformálně měřítkem tepelné kinetické energie na částici. K udržení ionizace, která je určujícím znakem plazmy, jsou obvykle nutné vysoké teploty. Stupeň ionizace plazmy je určen teplotou elektronů vzhledem k ionizační energii (a slabší hustotou), ve vztahu zvaném Saha rovnice . Při nízkých teplotách mají ionty a elektrony tendenci rekombinovat do vázaných stavů – atomů – a z plazmy se nakonec stane plyn.
Ve většině případů jsou elektrony dostatečně blízko k tepelná rovnováha , že jejich teplota je relativně dobře definovaná, i když existuje významná odchylka od maxwellovské energie distribuční funkce , například kvůli UV záření , energetickým částicím nebo silným elektrická pole . Vzhledem k velkému rozdílu v hmotnosti se elektrony dostanou mezi sebou do termodynamické rovnováhy mnohem rychleji, než se dostanou do rovnováhy s ionty nebo neutrálními atomy. Z tohoto důvodu se teplota iontů může velmi lišit od teploty elektronů (obvykle nižší než). To je zvláště běžné u slabě ionizovaných technologických plazmat, kde se ionty často blíží teplotě okolí .
Běžné formy plazmy
Uměle vyrobené
- Ty, které se nacházejí v plazmových displejích , včetně televizních obrazovek.
- Uvnitř zářivky (nízkoenergetické osvětlení), neonové reklamy [46]
- výfuk rakety a iontové trysky
- Oblast před kosmickou lodí „s tepelným štítem během opětovný vstup do atmosféry
- uvnitř korónového výboje generátor ozónu
- výzkum fúzní energie
- elektrický oblouk v obloukové lampě , oblouk svářeč nebo plazmový hořák
- plazmová koule (někdy nazývaná plazmová koule nebo plasmový glóbus )
- Oblouky produkované Teslovými cívkami (rezonanční transformátor vzduchového jádra) nebo přerušovací cívka, která vytváří oblouky podobné bleskům, ale s střídavým proudem namísto statické elektřiny )
- Plazma použitá při výrobě polovodičových zařízení včetně leptání reaktivními ionty , prskání , čištění povrchů a chemická depozice z plynné fáze se zvýšenou plazmou
- laserem vyráběná plazma (LPP), která se objevuje při interakci vysokovýkonných laserů s materiály .
- Indukčně vázaná plazma (ICP), vytvořená typicky v argonu plyn pro optickou emisi spektroskopie nebo hmotnostní spektrometrie
- magneticky indukovaná plazma (MIP), obvykle vyráběná pomocí mikrovln jako metody rezonanční vazby
Pozemská plazma
- Statické elektrické jiskry
- Kapacitně vázaná plazma (CCP)
- Dielektrické bariérové výboje (DBD)
- Blesk
- magnetosféra obsahuje plazmu v okolním prostoru Země prostředí.
- ionosféra
- plasmasphere
- polární polární záře
- polární vítr , plazmová fontána
- blesky horní atmosféry (např. Modré trysky, Modré startéry, Gigantické trysky, ELVES)
- Skřítci
- St. Elmův oheň
Vesmír a astrofyzikální plazma
- Hvězdy (plazmy zahřívané jadernou fúzí )
- sluneční vítr
- meziplanetární médium (prostor mezi planetami)
- mezihvězdné médium (prostor mezi hvězdnými systémy)
- Mezigalaktické médium (prostor mezi galaxiemi)
- Trubice Io – Jupiter
- Akreční disky
- mezihvězdné mlhoviny
Odpověď
Je ve skutečnosti docela těžké neodstranit některé elektrony z plazmy – podle toho, o jakou plazmu jde – protože se pohybují tak rychle . Jelikož jsou asi 2 000krát lehčí než proton, pokud mají všechny částice zhruba stejnou energii (a velmi často mají elektrony mnohem více), elektrony mají rychlosti nejméně 50krát vyšší. Ve skutečnosti má jakýkoli pevný předmět, který vložíte do plazmy, tendenci akumulovat elektrony, dokud se nenabije na záporné (vzhledem k plazmě) napětí. Toto se nazývá „plovoucí potenciál“, protože jakmile je dosažen, do objektu již neteče žádný proud: jeho akumulovaný náboj odpuzuje elektrony a přitahuje ionty natolik, aby vyrovnal pohyb elektronů mnohem, mnohem rychleji.
Protikladem je, že v některých silně zmagnetizovaných plazmech může být ve skutečnosti snazší ztratit ionty . I když se pohybují obecně mnohem pomaleji, jejich průměrný přenos přes pole může být o něco rychlejší.Nabité částice se chtějí točit kolem čar magnetického pole (nazývaných „pohyb cyklotronu“) na oběžných drahách se specifickým poloměrem, ale mohou se volně pohybovat podél siločar (ve skutečnosti je to více obecně komplikované, ale pojďme zde jednoduchý případ). To znamená, že zatímco elektrony se pohybují asi 50krát rychleji než protony ve směrech, ve kterých jsou neomezené, jejich poloměr cyklotronu je asi 50x menší (opět za předpokladu, že energie, což není jisté, ale obvykle se neliší o faktor 50). Pokaždé, když částice narazí na jinou částici, tento přenos hybnosti v zásadě zakopne o to, kde na své oběžné dráze cyklotronu je částice, což znamená, že každý náraz jí umožňuje krokovat cross-field až o jeden poloměr cyklotronu. Pokud je poloměr cyklotronu iontů relativně velký ve srovnání s velikostí plazmy, ionty mohou být velmi rychle ztraceny.
Háček zde spočívá v tom, že plazmy obecně zůstávají kvazi neutrální . To znamená, že zatímco jsou poplatky oddělené , počítají se všechny poplatky v plazmě stále přidává až nulu (nebo téměř téměř nulu). Je možné vyrobit i neutrální plazma, ale jejich ztráty jsou mnohem, mnohem větší, protože elektrostatický tlak se rychle stává obrovským . Z tohoto důvodu, pokud odstraníte více než velmi, velmi malou část elektronů z plazmy, začnete ztrácet ionty (zpětné volání bitů o plovoucím potenciálu !) ke zmírnění tohoto elektrostatického tlaku; nebo, jinak řečeno, nejsilněji kladně nabitá plazma se stává, tím silněji mají ionty tendenci se vytlačovat ven a elektrony mají tendenci se stahovat zpět dovnitř. Kolik toho můžete pozitivně nabít plazmu tímto způsobem, opravdu záleží na vašem uvěznění.