Migliore risposta
Il plasma è uno stato della materia in cui una sostanza gassosa ionizzata diventa altamente elettricamente conduttiva al punto che a lungo raggio elettricità e i campi magnetici dominano il comportamento della materia. Questo stato può essere contrastato con gli altri stati : solido , liquido e gas . A differenza di questi altri stati della materia, il plasma è raro sulla superficie terrestre in condizioni normali ed è per lo più generato artificialmente da gas neutri.
Il plasma è un mezzo elettricamente neutro di particelle positive e negative non legate (cioè la carica complessiva di un plasma è allincirca zero). Sebbene queste particelle non siano legate, non sono “libere” nel senso che non subiscono forze. Le particelle cariche in movimento generano una corrente elettrica allinterno di un campo magnetico e qualsiasi movimento di un plasma carico particella influenza ed è influenzata dai campi creati dalle altre cariche. A sua volta questo governa il comportamento collettivo con molti gradi di variazione.
Tre fattori definiscono un plasma:
- Lapprossimazione del plasma : lapprossimazione del plasma si applica quando il parametro del plasma, Λ, [26] rappresenta il numero di portatori di carica allinterno di una sfera (chiamata sfera di Debye il cui raggio è il file di screening di Debye ngth) che circonda una data particella carica, è sufficientemente alta da schermare linfluenza elettrostatica della particella al di fuori della sfera. [21] [22]
- Interazioni collettive : la durata della proiezione di Debye (definita sopra) è breve rispetto alla dimensione fisica del plasma. Questo criterio significa che le interazioni nella maggior parte del plasma sono più importanti di quelle ai suoi bordi, dove possono verificarsi effetti di confine. Quando questo criterio è soddisfatto, il plasma è quasi neutro. [27]
- Plasma frequenza : la frequenza del plasma degli elettroni (che misura le oscillazioni del plasma degli elettroni) è grande rispetto alla frequenza di collisione elettrone-neutra (misura la frequenza delle collisioni tra elettroni e particelle neutre). Quando questa condizione è valida, le interazioni elettrostatiche dominano sui processi della cinetica ordinaria dei gas. [28]
Temperatura [ modifica ]
La temperatura del plasma viene comunemente misurata in kelvin o elettronvolt ed è, informalmente, una misura dellenergia cinetica termica per particella. Di solito sono necessarie temperature elevate per sostenere la ionizzazione, che è una caratteristica distintiva di un plasma. Il grado di ionizzazione al plasma è determinato dalla temperatura degli elettroni relativa all energia di ionizzazione (e più debolmente dalla densità), in una relazione chiamata equazione di Saha . A basse temperature, gli ioni e gli elettroni tendono a ricombinarsi in stati legati – atomi – e il plasma alla fine diventerà un gas.
Nella maggior parte dei casi gli elettroni sono abbastanza vicini a equilibrio termico che la loro temperatura sia relativamente ben definita, anche quando cè una deviazione significativa da unenergia maxwelliana funzione di distribuzione , ad esempio, a causa di radiazioni UV , particelle energetiche o forti campi elettrici . A causa della grande differenza di massa, gli elettroni giungono allequilibrio termodinamico tra di loro molto più velocemente di quanto non entrino in equilibrio con gli ioni o gli atomi neutri. Per questo motivo, la temperatura dello ione può essere molto diversa (solitamente inferiore) dalla temperatura dellelettrone. Ciò è particolarmente comune nei plasmi tecnologici debolmente ionizzati, dove gli ioni sono spesso vicini alla temperatura ambiente .
Forme comuni di plasma
Prodotti artificialmente
- Quelli che si trovano nei schermi al plasma , compresi gli schermi TV.
- Allinterno di lampade fluorescenti (illuminazione a basso consumo energetico), insegne al neon [46]
- Scarico per razzi e propulsori ionici
- Larea davanti a un astronave “s scudo termico durante rientro nell atmosfera
- Allinterno di una scarica a corona generatore di ozono
- Energia da fusione ricerca
- Il arco elettrico in una lampada ad arco , un arco saldatore o torcia al plasma
- Sfera al plasma (a volte chiamata sfera al plasma o plasma globe )
- Archi prodotti da bobine di Tesla (trasformatore a nucleo daria risonante o bobina disgregatrice che produce archi simili a un fulmine, ma con corrente alternata anziché elettricità statica )
- Plasmi utilizzati nella fabbricazione di dispositivi semiconduttori tra cui incisione con ioni reattivi , sputtering , pulizia della superficie e deposizione di vapori chimici potenziati dal plasma
- plasma prodotto da laser (LPP), rilevato quando i laser ad alta potenza interagiscono con i materiali .
- Plasmi accoppiati induttivamente (ICP), formati tipicamente in argon gas per emissione ottica spettroscopia o spettrometria di massa
- indotta magneticamente plasma (MIP), tipicamente prodotto utilizzando microonde come metodo di accoppiamento risonante
Plasmi terrestri
- Scintille elettriche statiche
- Plasmi ad accoppiamento capacitivo (CCP)
- Scariche a barriera dielettrica (DBD)
- Fulmine
- La magnetosfera contiene plasma nello spazio circostante la Terra ambiente.
- La ionosfera
- La plasmasfera
- L aurora polare
- vento polare , una fontana al plasma
- Fulmine atmosferico (ad es. Blue jet, Blue starter, Gigantic jet, ELVES)
- Sprite
- St. Il fuoco di Elmo
Spazio e plasma astrofisico
- Stelle (plasma riscaldato dalla fusione nucleare )
- Il vento solare
- Il mezzo interplanetario (spazio tra i pianeti)
- Il mezzo interstellare (spazio tra sistemi stellari)
- Il mezzo intergalattico (spazio tra galassie)
- Il tubo di flusso Io – Jupiter
- Dischi di accrescimento
- Interstellar nebulose
Risposta
In realtà è piuttosto difficile non togliere alcuni elettroni da un plasma, a seconda del tipo di plasma, perché si muovono così veloce . Poiché sono circa 2000 volte più leggere di un protone, se tutte le particelle hanno più o meno la stessa energia (e molto spesso gli elettroni ne hanno effettivamente molta di più), gli elettroni hanno velocità almeno 50 volte maggiori. Infatti, qualsiasi oggetto solido che si inserisce in un plasma tende ad accumulare elettroni fino a quando non si carica fino ad una tensione negativa (rispetto al plasma). Questo è chiamato “potenziale fluttuante”, perché una volta raggiunto, non fluisce più corrente netta verso loggetto: la sua carica accumulata respinge gli elettroni e attrae ioni abbastanza da bilanciare gli elettroni che si muovono molto, molto più velocemente.
Il contro-esempio è che in alcuni plasmi fortemente magnetizzati, può essere effettivamente più facile perdere ioni . Sebbene si muovano molto più lentamente in generale, il loro trasporto cross-field medio può essere un po più veloce.Le particelle cariche vogliono ruotare attorno alle linee del campo magnetico (chiamato “movimento del ciclotrone”) in orbite con un raggio specifico, ma possono muoversi liberamente lungo le linee del campo (in realtà è più complicato in generale ma prendiamo un semplice caso qui). Ciò significa che mentre gli elettroni si muovono circa 50 volte più velocemente dei protoni nelle direzioni lungo le quali non sono vincolati, il loro raggio di ciclotrone è circa 50 volte più piccolo (ancora, assumendo la stessa energia, che non è certa, ma di solito non differiscono di un fattore 50). Ogni volta che una particella si scontra con unaltra particella, il trasferimento di quantità di moto si muove fondamentalmente nel punto in cui si trova la particella nella sua orbita di ciclotrone, il che significa che ogni protuberanza le consente di fare un passo cross-field fino a un raggio di ciclotrone. Se il raggio del ciclotrone degli ioni è relativamente grande rispetto alle dimensioni del plasma, gli ioni possono essere persi molto rapidamente.
Il problema qui è che i plasmi generalmente amano rimanere quasi neutro . Ciò significa che, sebbene gli addebiti siano separati , contando tutti gli addebiti nel plasma aggiunge ancora fino a zero (o quasi zero). È possibile creare plasmi non neutri, ma i loro tassi di perdita diventano molto, molto più grandi, perché la pressione elettrostatica diventa rapidamente enorme . Per questo motivo, se rimuovi più di una molto piccola porzione di elettroni da un plasma, inizi a perdere ioni (richiamo alla parte sul potenziale fluttuante !) per alleviare quella pressione elettrostatica; o, per dirla in un altro modo, più il plasma assume una carica positiva, più gli ioni tendono a essere espulsi e gli elettroni tendono a rientrare. Quanto puoi caricare positivamente un plasma in questo modo dipende davvero dal tuo schema di reclusione.