Bedste svar
Plasma er en materiets tilstand hvor et ioniseret gasformigt stof bliver stærkt elektrisk ledende til det punkt, at langtrækkende elektrisk og magnetfelter dominerer sagens opførsel. Denne tilstand kan kontrasteres med andre tilstande : solid , flydende og gas . I modsætning til disse andre stoftilstande er plasma sjældent på jordens overflade under normale forhold og genereres for det meste kunstigt fra neutrale gasser.
Plasma er et elektrisk neutralt medium af ubundne positive og negative partikler (dvs. den samlede ladning af et plasma er omtrent nul). Selvom disse partikler er ubundne, er de ikke frie i betydningen af ikke at opleve kræfter. Bevægelige ladede partikler genererer en elektrisk strøm inden i et magnetfelt og enhver bevægelse af et ladet plasma partikel påvirker og påvirkes af felterne skabt af de andre ladninger. Dette styrer igen kollektiv adfærd med mange grader af variation.
Tre faktorer definerer et plasma:
- Plasmatilnærmelsen : Plasmatilnærmelsen gælder, når plasmaparameteren, Λ, [26] repræsenterer antallet af ladebærere inden for en sfære (kaldet Debye-sfære, hvis radius er Debye-screening le ngth), der omgiver en given ladet partikel, er tilstrækkelig høj til at beskytte den elektrostatiske indflydelse af partiklen uden for sfæren. [21] [22]
- Bulkinteraktioner : Debye-screeninglængden (defineret ovenfor) er kort sammenlignet til plasmaets fysiske størrelse. Dette kriterium betyder, at interaktioner i størstedelen af plasmaet er vigtigere end dem ved dets kanter, hvor grænseeffekter kan finde sted. Når dette kriterium er opfyldt, er plasmaet quasineutral. [27]
- Plasma frekvens : Elektronplasmafrekvensen (måling plasmasvingninger af elektronerne) er stor sammenlignet med den elektronneutrale kollisionsfrekvens (målefrekvens for kollisioner mellem elektroner og neutrale partikler). Når denne tilstand er gyldig, dominerer elektrostatiske interaktioner over processerne for almindelig gaskinetik. [28]
Temperatur [ rediger ]
Plasstemperatur måles almindeligvis i kelvins eller elektronvolts og er uformelt et mål for den termiske kinetiske energi pr. Partikel. Høje temperaturer er normalt nødvendige for at opretholde ionisering, hvilket er et definerende træk ved et plasma. Graden af plasmaionisering bestemmes af elektrontemperaturen i forhold til ioniseringsenergien (og svagere af densiteten), i et forhold kaldet Saha-ligning . Ved lave temperaturer har ioner og elektroner en tendens til at rekombineres til bundne tilstande – atomer – og plasmaet bliver til sidst en gas.
I de fleste tilfælde er elektronerne tæt nok på termisk ligevægt , at deres temperatur er relativt veldefineret, selv når der er en signifikant afvigelse fra en Maxwellian energi fordelingsfunktion , f.eks. På grund af UV-stråling , energiske partikler eller stærk elektriske felter . På grund af den store forskel i masse kommer elektronerne til termodynamisk ligevægt indbyrdes meget hurtigere, end de kommer i ligevægt med ioner eller neutrale atomer. Af denne grund kan iontemperaturen være meget forskellig fra (normalt lavere end) elektrontemperaturen. Dette er især almindeligt i svagt ioniserede teknologiske plasmas, hvor ionerne ofte er nær omgivelsestemperatur .
Almindelige former for plasma
Kunstigt produceret
- De, der findes i plasmaskærme , inklusive tv-skærme.
- Inde i lysstofrør (lavenergibelysning), neonskilte [46]
- Raketudstødning og ionpropeller
- Området foran et rumfartøj “s varmeskjold under genindtræden i atmosfæren
- Inde i en koronaudladning ozon generator
- Fusion energy research
- lysbue i en lysbue lampe , en lysbue svejser eller plasma fakkel
- Plasmakugle (undertiden kaldet plasmakugle eller plasmakugle )
- Buer produceret af Tesla-spoler (resonant luftkernetransformator eller disruptorspiral, der producerer buer svarende til lyn, men med vekselstrøm i stedet for statisk elektricitet )
- Plasmas anvendt i fabrikation af halvlederindretning inklusive ætsning af reaktiv ion , sputtering , overfladerensning og plasma-forbedret kemisk dampaflejring
- Laser -producerede plasmaer (LPP), fundet når lasere med høj effekt interagerer med materialer .
- Induktivt koblede plasmaer (ICP), dannet typisk i argon gas til optisk emission spektroskopi eller massespektrometri
- Magnetisk induceret plasmas (MIP), typisk produceret ved anvendelse af mikrobølger som en resonanskoblingsmetode
Jordbaserede plasmaer
- Statiske elektriske gnister
- Kapacitivt koblede plasmaer (CCP)
- Dielektriske barriereudladninger (DBD)
- Lyn
- magnetosfæren indeholder plasma i jordens omgivende rum miljø.
- ionosfæren
- plasmasfæren
- polar aurorae
- polar vind , en plasmafontænen
- Øvre atmosfæriske lyn (f.eks. Blå jetfly, Blå startere, Gigantiske jetfly, ELVER)
- Sprites
- St. Elmos ild
Rum og astrofysiske plasmaer
- Stjerner (plasmaer opvarmet af atomfusion )
- solvind
- interplanetært medium (mellemrum mellem planeter)
- interstellært medium (rum mellem stjernesystemer)
- Intergalaktisk medium (rum mellem galakser)
- Io – Jupiter fluxrør
- Tiltrædelsesdiske
- Interstellar tåger
Svar
Det er faktisk ret vanskeligt ikke at fjerne nogle elektroner fra et plasma – afhængigt af hvilken slags plasma det er – fordi de bevæger sig så hurtigt . Da de er omkring 2000 gange lettere end en proton, har elektronerne hastigheder, der er mindst 50 gange større, hvis alle partikler har omtrent den samme energi (og meget ofte har elektronerne faktisk meget mere). Faktisk har ethvert fast objekt, du indsætter i et plasma, en tendens til at akkumulere elektroner, indtil det oplades op til en negativ (med hensyn til plasma) spænding. Dette kaldes det “flydende potentiale”, for når det først er nået, strømmer der ikke mere nettostrøm til objektet: dets akkumulerede ladning afviser elektroner og tiltrækker ioner nok til at afbalancere elektronerne, der bevæger sig meget, meget hurtigere.
Modeksemplet er, at det i nogle stærkt magnetiserede plasmaer faktisk kan være lettere at miste ioner . Mens de generelt bevæger sig meget langsommere, kan deres gennemsnitlige tværfelt transport være ret hurtigere.Ladede partikler vil dreje rundt magnetfeltlinjer (kaldet “cyclotron-bevægelse”) i baner med en bestemt radius, men kan bevæge sig langs feltlinjer frit (faktisk er det mere kompliceret generelt, men lad os tage en simpel sag her). Det betyder, at mens elektroner bevæger sig ca. 50 gange hurtigere end protoner i retninger, som de ikke er begrænsede i, er deres cyclotron-radius ca. 50 x mindre (igen under forudsætning af det samme gennemsnit energi, hvilket ikke er sikkert, men de adskiller sig normalt ikke med en faktor 50). Hver gang en partikel støder ind i en anden partikel, krymper den overførsel af momentum grundlæggende, hvor partiklen er i sin cyklotronbane, hvilket betyder, at hver bump lader det træde tværfelt med op til en cyklotronradius. Hvis ionernes cyklotronradius er relativt stor sammenlignet med plasmastørrelsen, kan ionerne gå tabt meget hurtigt.
Fangsten her er, at plasmaer generelt vil være kvasi-neutral . Det betyder, at mens afgifterne er adskilt , tæller op alle opladningerne i plasma tilføjer stadig op til nul (eller næsten nul). Det er muligt at fremstille ikke-neutrale plasmaer, men deres tabsrate bliver meget, meget større, fordi det elektrostatiske tryk hurtigt bliver enormt . På grund af dette, hvis du fjerner mere end en meget meget en lille del af elektronerne fra et plasma, begynder du at miste ioner (tilbagekald til bit om flydende potentiale !) for at aflaste det elektrostatiske tryk; eller for at sige det på en anden måde: jo stærkest positivt ladet plasmaet bliver, jo stærkere har ioner tendens til at blive skubbet ud og elektroner har tendens til at blive trukket tilbage. Hvor meget du positivt kan oplade et plasma på denne måde, afhænger virkelig af dit indeslutningsordning.