A legjobb válasz
A plazma anyagállapot amelyben egy ionizált gáz halmazállapotú anyag nagyon elektromosan vezetővé válik addig a pontig, amíg a hosszú hatótávolságú mágneses mezők uralják az anyag viselkedését. Ez az állapot szembeállítható a egyéb állapotokkal : szilárd , folyadék és gáz . Ezektől az anyagállapotoktól eltérően a plazma normális körülmények között ritka a Föld felszínén, és többnyire mesterségesen semleges gázokból keletkezik.
A plazma egy elektromosan semleges közeg, amelyben nincsenek megkötött pozitív és negatív részecskék (azaz a plazma teljes töltése nagyjából nulla). Bár ezek a részecskék nincsenek megkötve, nem “szabadok” abban az értelemben, hogy nem tapasztalnak erőket. A mozgó töltött részecskék elektromos áramot generálnak a mágneses mezőben, és a töltött plazma bármilyen mozgása a részecskék befolyásolják és befolyásolják a többi töltés által létrehozott mezőket. Ez viszont sokféle variációval szabályozza a kollektív viselkedést.
Három tényező határozza meg a plazmát:
- A plazma-közelítés : A plazma-közelítés akkor érvényes, amikor a plasma, [26] plazma paraméter a töltéshordozók száma egy gömbön belül (Debye gömbnek hívják, amelynek sugara a Debye szűrési le ng) egy adott töltött részecskét körülvevő, elég magas ahhoz, hogy megvédje a részecske gömbön kívüli elektrosztatikus hatását. [21] [22]
- Tömeges interakciók : A Debye szűrési hossz (a fentiekben definiálva) rövid, összehasonlítva a plazma fizikai méretéhez. Ez a kritérium azt jelenti, hogy a kölcsönhatások a plazma nagy részében fontosabbak, mint a szélén levő kölcsönhatások, ahol határhatások léphetnek fel. Ha ez a feltétel teljesül, a plazma kvázinutrális. [27]
- Plazma frekvencia : Az elektron plazma frekvencia (az elektronok plazma oszcillációinak mérése) nagy az elektron-semleges ütközési frekvenciához (az ütközések frekvenciájának mérése) elektronok és semleges részecskék). Ha ez a feltétel érvényes, az elektrosztatikus kölcsönhatások dominálnak a szokásos gázkinetikai folyamatok felett. [28]
Hőmérséklet [ szerkesztés ]
A plazma hőmérsékletét általában kelvinben vagy elektronvolts és informálisan a részecskénkénti termikus kinetikus energia mértéke. Az ionizáció fenntartásához általában magas hőmérsékletre van szükség, ami a plazma meghatározó jellemzője. A plazmaionizáció mértékét az elektron hőmérséklete határozza meg az ionizációs energiához (és gyengébben a sűrűség által), a Saha egyenlet nevű kapcsolatban. Alacsony hőmérsékleten az ionok és az elektronok hajlamosak egyesülni kötött állapotokká – atomokká -, és a plazma végül gázzá válik.
A legtöbb esetben az elektronok elég közel vannak ahhoz, hogy hőegyensúly , hogy hőmérsékletük viszonylag jól körülhatárolható, még akkor is, ha jelentős eltérés van a Maxwell-i energiától elosztási funkció például UV-sugárzás , energetikai részecskék vagy erős elektromos mezők . A nagy tömegkülönbség miatt az elektronok sokkal gyorsabban érik el maguk között a termodinamikai egyensúlyt, mint az ionokkal vagy a semleges atomokkal. Emiatt az ion hőmérséklete nagyon eltérhet (általában alacsonyabb) az elektron hőmérsékletétől. Ez különösen gyakori a gyengén ionizált technológiai plazmákban, ahol az ionok gyakran a környezeti hőmérséklet közelében vannak.
A plazma általános formái
Mesterségesen előállított
- Akik megtalálhatók a plazma kijelzőkben , beleértve a tévéképernyőket is.
- Belső fénycsövek (alacsony energiájú világítás), neon feliratok [46]
- Rakéta-kipufogó és ion-tológépek
- A űrhajó “s hőpajzs előtti terület újbóli belépés a légkörbe
- koronavezetés belsejében ózon generátor
- Fúziós energia kutatás
- A elektromos ív egy ívlámpában , egy ív hegesztő vagy plazma fáklya
- plazma gömb (néha plazma gömbnek vagy plazma földgömb )
- A Tesla tekercsek (rezonáns levegőmag transzformátor) által előállított ívek vagy megszakító tekercs, amely villámhoz hasonló íveket állít elő, de váltakozó áramú helyett statikus elektromosság )
- A félvezető eszköz gyártásában használt plazmák, beleértve a reaktív ion maratását , porlasztás , felület tisztítása és plazmával fokozott kémiai gőzlerakódás
- Lézerrel előállított plazmák (LPP), amelyeket akkor találnak, amikor a nagy teljesítményű lézerek kölcsönhatásba lépnek .
- Induktívan kapcsolt plazmák (ICP), amelyek jellemzően argonban gáz az optikai emisszióhoz spektroszkópia vagy tömegspektrometria
- mágnesesen kiváltott plazmák (MIP), amelyeket általában mikrohullámok alkalmazásával állítanak elő rezonáns kapcsolási módszerként
Földi plazmák
- Statikus elektromos szikrák
- Kapacitívan kapcsolt plazmák (CCP)
- Dielektromos akadálykibocsátások (DBD)
- Villám
- A magnetoszféra plazmát tartalmaz a Föld körüli térben környezet.
- A ionoszféra
- A plazmaszféra
- A sarki hajnalok
- A sarki szél , egy plazmakút
- Felső légköri villám (pl. Kék fúvókák, Kék indítók, Gigantikus fúvókák, ELVES)
- Sprite
- Szent Elmo tüze
Tér- és asztrofizikai plazmák
- Csillagok ( magfúzióval melegített plazmák)
- A napszél
- A bolygóközi közeg (a bolygók közötti tér)
- A csillagközi közeg (csillagrendszerek közötti tér)
- A galériaközi közeg (galaxisok közötti tér)
- A Io – Jupiter fluxuscső
- Akkréciós lemezek
- Csillagközi ködök
Válasz
Valójában nagyon nehéz nem leválasztani néhány elektront a plazmáról – attól függően, hogy milyen plazma ez -, mert mozognak olyan gyorsan . Mivel körülbelül 2000-szer könnyebbek, mint egy proton, ha minden részecskének nagyjából azonos az energiája (és nagyon gyakran az elektronoknak sokkal több van), akkor az elektronok sebessége legalább 50x nagyobb. Valójában minden szilárd tárgy, amelyet beilleszt a plazmába, hajlamos az elektronok felhalmozására, amíg negatív (a plazma vonatkozásában) feszültségig nem töltődik fel. Ezt úszó potenciálnak nevezzük, mert miután elértük, már nem folyik több nettó áram az objektum felé: felhalmozódott töltése taszítja az elektronokat és annyira vonzza az ionokat, hogy kiegyenlítsék a sokkal, de sokkal gyorsabban mozgó elektronokat.
Az ellenpélda az, hogy egyes erősen mágnesezett plazmákban valóban könnyebb lehet elveszteni a ionokat . Míg általában sokkal lassabban haladnak, az átlagos kereszteződés szállításuk kissé gyorsabb lehet.A feltöltött részecskék egy meghatározott sugárú pályán akarnak forogni a mágneses mező vonalai (az úgynevezett „ciklotron mozgás”) körül, de szabadon mozgathatnak a mező vonalak mentén (valójában ez inkább általában bonyolult, de vegyünk itt egy egyszerű esetet). Ez azt jelenti, hogy míg az elektronok körülbelül 50-szer gyorsabban mozognak, mint a protonok olyan irányokban, amelyek mentén korlátlanok, a ciklotron-sugáruk körülbelül 50x kisebb (ismét ugyanazt az átlagot feltételezve) energia, ami nem biztos, de általában nem különböznek 50-szeresével). Valahányszor egy részecske egy másik részecskének ütközik, az a lendületátvitel alapvetően azt kavarja, ahol ciklotron pályáján a részecske van, ami azt jelenti, hogy minden egyes ütés lehetővé teszi, hogy kereszttér legfeljebb egy ciklotron sugárral. Ha az ionok ciklotron sugara a plazma méretéhez képest viszonylag nagy, akkor az ionok nagyon gyorsan elveszhetnek.
Itt az a megfogás, hogy a plazmák általában szeretnek maradni kvázi semleges . Ez azt jelenti, hogy míg a töltések el vannak választva , addig a plazma töltéseinek összesítése összes még mindig nulla (vagy nagyon közel nulla). Lehetséges nem semleges plazmákat készíteni, de veszteségi arányuk sokkal-sokkal nagyobbá válik, mert az elektrosztatikus nyomás gyorsan óriási lesz. Emiatt, ha az elektronok egy nagyon, nagyon kis részét eltávolítja egy plazmából, akkor ionokat veszít (visszahívás a lebegő potenciálról) !) az elektrosztatikus nyomás enyhítésére; vagy másképpen fogalmazva, a legerősebben pozitív töltésű plazma válik, annál erősebben az ionok hajlamosak kiszorulni és az elektronok visszahúzódni. Az, hogy mennyit tud pozitívan tölteni egy plazmát ilyen módon, valóban attól függ, elzárási séma.