Paras vastaus
Plasma on aineen tila jossa ionisoitunut kaasumainen aine muuttuu erittäin sähköä johtavaksi siihen pisteeseen asti, joka pitkän kantaman magneettikentät hallitsevat asian käyttäytymistä. Tätä tilaa voidaan verrata muihin tiloihin : kiinteä , neste ja kaasu . Toisin kuin nämä muut aineen tilat, plasma on harvinaista maapallon pinnalla normaaleissa olosuhteissa, ja se muodostuu enimmäkseen keinotekoisesti neutraaleista kaasuista.
Plasma on sähköisesti neutraali väliaine, jossa on sitoutumattomia positiivisia ja negatiivisia hiukkasia (ts. plasman kokonaisvaraus on suunnilleen nolla) .Vaikka nämä hiukkaset ovat sitoutumattomia, ne eivät ole vapaita siinä mielessä, että niillä ei ole voimia. Liikkuvat varautuneet hiukkaset tuottavat sähkövirtaa magneettikentässä ja kaikki varatun plasman liikkeet hiukkanen vaikuttaa muiden varausten luomiin kenttiin ja vaikuttaa niihin. Tämä puolestaan säätelee kollektiivista käyttäytymistä monin eri variaatioin.
Kolme tekijää määrittelee plasman:
- Plasman approksimaatio : Plasman likiarvoa sovelletaan, kun plasman parametri,, [26] edustaa pallon sisällä olevien varauskantajien määrä (kutsutaan Debye-palloksi, jonka säde on Debyen seulontale tietyn varatun hiukkasen ympärillä oleva ngth) on riittävän korkea suojaamaan pallon ulkopuolella olevan hiukkasen sähköstaattisen vaikutuksen. [21] [22]
- Joukkovuorovaikutukset : Debye-seulonnan pituus (määritelty edellä) on pieni verrattuna plasman fyysiseen kokoon. Tämä kriteeri tarkoittaa, että vuorovaikutukset suurimmalla osalla plasmaa ovat tärkeämpiä kuin niiden reunat, joissa rajavaikutuksia voi esiintyä. Kun tämä kriteeri täyttyy, plasma on kvasineutraali. [27]
- Plasma taajuus : Elektroniplasmataajuus (mittaamalla elektronien plasman värähtelyjä ) on suuri verrattuna elektronineutraaliin törmäystaajuuteen (mittaamalla törmäystaajuutta elektronit ja neutraalit hiukkaset). Kun tämä ehto on pätevä, sähköstaattiset vuorovaikutukset hallitsevat tavallisen kaasukinetiikan prosesseja. [28]
Lämpötila [ muokkaa ]
Plasman lämpötila mitataan tavallisesti kelvineissä tai elektronivoltti ja on epävirallisesti mitattu lämpökineettinen energia hiukkasia kohden. Korkeat lämpötilat ovat yleensä tarpeen ionisaation ylläpitämiseksi, mikä on plasman määrittävä piirre. Plasman ionisaation aste määräytyy elektronilämpötilan suhteessa ionisaatioenergiaan (ja tiheydestä heikommin) suhteessa, jota kutsutaan Saha-yhtälöksi . Alhaisissa lämpötiloissa ionit ja elektronit pyrkivät yhdistymään uudelleen sitoutuneisiin tiloihin – atomiin – ja plasmasta tulee lopulta kaasu.
Useimmissa tapauksissa elektronit ovat riittävän lähellä terminen tasapaino , että niiden lämpötila on suhteellisen hyvin määritelty, vaikka Maxwellin energiasta jakelutoiminto esimerkiksi UV-säteilyn , energisten hiukkasten tai voimakkaiden sähkökentät . Suuren massaeron vuoksi elektronit saavuttavat keskenään termodynaamisen tasapainon paljon nopeammin kuin tasapainossa ionien tai neutraalien atomien kanssa. Tästä syystä ionien lämpötila voi olla hyvin erilainen (yleensä matalampi kuin) elektronin lämpötila. Tämä on erityisen yleistä heikosti ionisoidussa teknologisessa plasmassa, jossa ionit ovat usein lähellä ympäristön lämpötilaa .
Plasman yleiset muodot
Keinotekoisesti tuotetut
- Ne, jotka löytyvät plasmanäytöistä , mukaan lukien televisioruudut.
- -loistelamput (vähäenerginen valaistus), neonkyltit [46]
- Raketin pakoputki ja ionipotkurit
- avaruusaluksen ”s lämpösuojan edessä oleva alue paluu ilmakehään
- koronapurkauksen sisällä otsonigeneraattori
- Fuusioenergiatutkimus
- sähkökaari valokaaressa , kaari hitsaaja tai plasmapoltin
- plasmapallo (jota kutsutaan joskus plasmapalloksi tai plasman maapallo )
- Kaaret, jotka tuottavat Tesla-kelat (resonanssi-ilmansydämuuntaja tai häiritsevä kela, joka tuottaa salaman kaltaisia kaaria, mutta vaihtovirralla eikä staattisella sähköllä )
- puolijohdelaitteiden valmistuksessa käytetyt plasmat, mukaan lukien reaktiivisen ionin syövytys , ruiskutus , pintojen puhdistus ja plasmalla tehostettu kemiallinen höyrysaostus
- Laserin tuottamat plasmat (LPP), jotka löytyvät suuritehoisten lasereiden vuorovaikutuksessa materiaalien kanssa .
- Induktiivisesti kytketyt plasmat (ICP), jotka muodostuvat tyypillisesti argonissa kaasu optista säteilyä varten spektroskopia tai massaspektrometria
- Magneettisesti indusoitu plasmat (MIP), jotka on yleensä valmistettu käyttämällä mikroaaltoja resonanssikytkentämenetelmänä
Maanpäälliset plasmat
- Staattiset sähkökipinät
- Kapasitiivisesti kytketyt plasmat (CCP)
- Dielektriset estepurkaukset (DBD)
- Salama
- magnetosfääri sisältää plasmaa Maan ympäröivässä tilassa ympäristö.
- ionosfääri
- plasmasfääri
- polaariset aurorat
- napatuuli , plasmasuihkulähde
- Ilmakehän salama (esim. Siniset suihkut, siniset käynnistimet, jättiläissuihkut, ELVES)
- Sprites
- St. Elmon tuli
Avaruus- ja astrofysikaaliset plasmat
- Tähdet (plasmat, joita lämmittää ydinfuusio )
- aurinkotuuli
- planeettojen välinen väliaine (planeettojen välinen tila)
- tähtienvälinen väliaine (tähtijärjestelmien välinen tila)
- galaksien välinen väliaine (galaksien välinen tila)
- Io – Jupiter vuoputki
- Kiinnityslevyt
- Tähtien väliset sumut
Vastaa
On todella vaikeaa olla irrottamatta joitain elektroneja plasmasta – riippuen siitä, millaista plasmaa se on – koska ne liikkuvat niin nopeasti . Koska ne ovat noin 2000 kertaa kevyempiä kuin protoni, jos kaikilla hiukkasilla on suunnilleen sama energia (ja usein elektronilla on todella paljon enemmän), elektronien nopeudet ovat vähintään 50x suuremmat. Itse asiassa mikä tahansa kiinteä esine, jonka asetat plasmaan, pyrkii keräämään elektroneja, kunnes se latautuu negatiiviseen (plasman suhteen) jännitteeseen. Tätä kutsutaan ”kelluvaksi potentiaaliksi”, koska saavutettuaan esineeseen ei enää virtaa nettovirtaa: sen kertynyt varaus hylkää elektroneja ja houkuttelee ioneja tarpeeksi tasapainottamaan elektronit, jotka liikkuvat paljon, paljon nopeammin.
Vastaesimerkki on, että joissakin voimakkaasti magnetoiduissa plasmoissa voi olla helpompaa menettää -ioneja . Vaikka he liikkuvat yleensä paljon hitaammin, heidän keskimääräinen poikkikentän liikenne voi olla melko nopea.Varautuneet hiukkaset haluavat pyöriä magneettikentän viivojen (ts. Syklotroniliike) ympärillä tietyn säteen kiertoradoilla, mutta voivat liikkua kenttäviivoja pitkin vapaasti (itse asiassa se on enemmän yleensä monimutkainen, mutta otetaan tässä yksinkertainen tapaus). Tämä tarkoittaa sitä, että vaikka elektronit liikkuvat noin 50x nopeammin kuin protonit suuntiin, joita pitkin ne ovat rajoittamattomia, niiden syklotronisäde on noin 50x pienempi (olettaen jälleen, että sama keskiarvo energiaa, mikä ei ole varmaa, mutta ne eivät yleensä eroa kertoimella 50). Joka kerta, kun hiukkanen törmää toiseen hiukkaseen, se liikemäärä siirtyy pohjimmiltaan syklotronin kiertoradalla, mikä tarkoittaa, että jokainen kolahdus antaa sen astua poikkikentän enintään yhden syklotronin säteellä. Jos ionien syklotronisäde on suhteellisen suuri verrattuna plasman kokoon, ionit voivat kadota hyvin nopeasti.
Tässä on kiinni siitä, että plasmat haluavat yleensä pysyä lähes neutraali . Tämä tarkoittaa, että vaikka varaukset erotetaan , lasketaan kaikki kaikki plasman varaukset on edelleen nolla (tai hyvin lähes nolla). On mahdollista valmistaa ei-neutraaleja plasmoja, mutta niiden häviömäärät kasvavat paljon, paljon suuremmiksi, koska sähköstaattinen paine muuttuu nopeasti valtavaksi . Tämän vuoksi, jos stripaat enemmän kuin hyvin, hyvin pienen osan elektroneista plasmasta, menetät ioneja (soittopyyntö kelluvasta potentiaalista) !) sähköstaattisen paineen poistamiseksi; tai toisin sanoen, voimakkaimmin positiivisesti varautuneesta plasmasta tulee, sitä voimakkaammin ionit työntyvät ulos ja elektronit taipuvat vetää takaisin sisään. Kuinka paljon voit positiivisesti ladata plasmaa tällä tavalla, riippuu todella synnytyksen järjestelmä.