Meilleure réponse
Le plasma est un état de la matière dans laquelle une substance gazeuse ionisée devient hautement électriquement conductrice au point qu’elle électrique et les champs magnétiques dominent le comportement de la matière. Cet état peut être comparé aux autres états : solide , liquide et gaz . Contrairement à ces autres états de la matière, le plasma est rare à la surface de la Terre dans des conditions normales, et est principalement généré artificiellement à partir de gaz neutres.
Le plasma est un milieu électriquement neutre de particules positives et négatives non liées (c.-à-d. la charge globale dun plasma est à peu près nulle). Bien que ces particules ne soient pas liées, elles ne sont pas «libres» dans le sens de ne pas subir de forces. Les particules chargées en mouvement génèrent un courant électrique dans un champ magnétique et tout mouvement dun plasma chargé la particule affecte et est affectée par les champs créés par les autres charges. À son tour, cela régit le comportement collectif avec de nombreux degrés de variation.
Trois facteurs définissent un plasma:
- Lapproximation plasma : Lapproximation plasma sapplique lorsque le paramètre plasma, Λ, [26] représentant le nombre de porteurs de charge dans une sphère (appelée sphère Debye dont le rayon est le fichier de blindage Debye ngth) entourant une particule chargée donnée, est suffisamment élevée pour protéger linfluence électrostatique de la particule à lextérieur de la sphère. [21] [22]
- Interactions en masse : la durée de la projection Debye (définie ci-dessus) est courte par rapport à la taille physique du plasma. Ce critère signifie que les interactions dans la masse du plasma sont plus importantes que celles à ses bords, où des effets de frontière peuvent avoir lieu. Lorsque ce critère est satisfait, le plasma est quasineutre. [27]
- Plasma fréquence : la fréquence du plasma délectrons (mesurant les oscillations du plasma des électrons) est élevée par rapport à la fréquence de collision électron-neutre (mesure de la fréquence des collisions entre électrons et particules neutres). Lorsque cette condition est valide, les interactions électrostatiques dominent les processus de la cinétique des gaz ordinaire. [28]
Température [ modifier ]
La température du plasma est généralement mesurée en kelvins ou électronvolts et est, de manière informelle, une mesure de lénergie cinétique thermique par particule. Des températures élevées sont généralement nécessaires pour maintenir lionisation, qui est une caractéristique déterminante dun plasma. Le degré dionisation du plasma est déterminé par la température de lélectron par rapport à l énergie dionisation (et plus faiblement par la densité), dans une relation appelée équation de Saha . À basse température, les ions et les électrons ont tendance à se recombiner en états liés – des atomes – et le plasma finira par devenir un gaz.
Dans la plupart des cas, les électrons sont suffisamment proches de équilibre thermique que leur température est relativement bien définie, même en cas décart significatif par rapport à une énergie maxwellienne fonction de distribution , par exemple en raison de rayonnement UV , de particules énergétiques ou de champs électriques . En raison de la grande différence de masse, les électrons arrivent à léquilibre thermodynamique entre eux beaucoup plus rapidement quils ne viennent en équilibre avec les ions ou les atomes neutres. Pour cette raison, la température des ions peut être très différente (généralement inférieure à) de la température des électrons. Ceci est particulièrement courant dans les plasmas technologiques faiblement ionisés, où les ions sont souvent proches de la température ambiante .
Formes courantes de plasma
Produits artificiellement
- Ceux que lon trouve dans les écrans plasma , y compris les écrans de télévision.
- À lintérieur des lampes fluorescentes (éclairage basse consommation), enseignes au néon [46]
- Échappement de fusée et propulseurs ioniques
- La zone située devant un vaisseau spatial « s bouclier thermique pendant rentrée dans atmosphère
- À lintérieur dune décharge corona générateur dozone
- Recherche sur lénergie de fusion
- Le arc électrique dans une lampe à arc , un arc soudeur ou torche à plasma
- Boule de plasma (parfois appelée sphère de plasma ou globe plasma )
- Arcs produits par des bobines Tesla (transformateur à noyau dair résonnant ou bobine de disrupteur qui produit des arcs similaires à la foudre, mais avec courant alternatif plutôt que électricité statique )
- Plasmas utilisés dans la fabrication de dispositifs à semi-conducteurs , y compris gravure ionique réactive , pulvérisation , nettoyage de surface et dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma
- Laser plasmas (LPP) produits lorsque les lasers haute puissance interagissent avec les matériaux .
- Plasmas à couplage inductif (ICP), généralement formés en argon gaz pour émission optique spectroscopie ou spectrométrie de masse
- Induction magnétique plasmas (MIP), généralement produits en utilisant des micro-ondes comme méthode de couplage résonant
Plasmas terrestres
- Étincelles électriques statiques
- Plasmas à couplage capacitif (CCP)
- Décharges de barrière diélectrique (DBD)
- Foudre
- La magnétosphère contient du plasma dans l’espace environnant de la Terre environnement.
- L ionosphère
- La plasmasphère
- Les aurores polaires
- Le vent polaire , une fontaine à plasma
- Foudre de la haute atmosphère (par exemple Blue jets, Blue starters, Gigantic jets, ELVES)
- Sprites
- St. Feu dElmo
Plasmas spatiaux et astrophysiques
- Étoiles (plasmas chauffés par fusion nucléaire )
- Le vent solaire
- Le milieu interplanétaire (espace entre les planètes)
- Le milieu interstellaire (espace entre les systèmes stellaires)
- Le Milieu intergalactique (espace entre les galaxies)
- Le tube de flux Io – Jupiter
- Disques daccrétion
- Nébuleuses interstellaires
Réponse
Il est en fait assez difficile de ne pas dépouiller certains électrons dun plasma – selon le type de plasma dont il sagit – car ils se déplacent si rapide . Puisquelles sont environ 2000 fois plus légères quun proton, si toutes les particules ont à peu près la même énergie (et très souvent les électrons en ont en fait beaucoup plus), les électrons ont des vitesses au moins 50 fois supérieures. En fait, tout objet solide que vous insérez dans un plasma a tendance à accumuler des électrons jusquà ce quil se charge jusquà une tension négative (par rapport au plasma). Cest ce quon appelle le «potentiel flottant», car une fois quil est atteint, plus de courant net ne circule vers lobjet: sa charge accumulée repousse les électrons et attire suffisamment les ions pour équilibrer les électrons se déplaçant beaucoup, beaucoup plus rapidement.
Le contre-exemple est que dans certains plasmas fortement magnétisés, il peut en fait être plus facile de perdre des ions . Bien qu’ils se déplacent beaucoup plus lentement en général, leur transport entre les champs moyen peut être un peu plus rapide.Les particules chargées veulent tourner autour des lignes de champ magnétique (appelées «mouvement cyclotron») sur des orbites avec un rayon spécifique, mais peuvent se déplacer le long des lignes de champ librement (en fait cest plus compliqué en général mais prenons un cas simple ici). Cela signifie que si les électrons se déplacent environ 50 fois plus vite que les protons dans des directions le long desquelles ils ne sont pas contraints, leur rayon de cyclotron est environ 50x plus petit (encore une fois, en supposant la même moyenne lénergie, ce qui nest pas certain, mais ils ne diffèrent généralement pas dun facteur 50). Chaque fois quune particule heurte une autre particule, ce transfert délan brouille essentiellement là où se trouve la particule sur son orbite cyclotron, ce qui signifie que chaque bosse lui permet de faire un pas cross-field jusquà un rayon de cyclotron. Si le rayon cyclotron des ions est relativement grand par rapport à la taille du plasma, les ions peuvent être perdus très rapidement.
Le hic ici est que les plasmas aiment généralement rester quasi-neutre . Cela signifie que, bien que les charges soient séparées , en comptant toutes les charges dans le plasma ajoute encore à zéro (ou presque zéro). Il est possible de fabriquer des plasmas non neutres, mais leurs taux de perte deviennent beaucoup, beaucoup plus importants, car la pression électrostatique devient rapidement énorme . Pour cette raison, si vous dépouillez plus dune très, très petite partie des électrons dun plasma, vous commencez à perdre des ions (rappel au bit sur le potentiel flottant !) pour soulager cette pression électrostatique; ou, pour le dire autrement, plus le plasma est chargé positivement, plus les ions ont tendance à être expulsés et les électrons ont tendance à être attirés. Combien vous pouvez charger positivement un plasma de cette manière dépend vraiment de votre schéma de confinement.