Hva er egenskapene til plasma den fjerde tilstanden av materie?

Beste svaret

Plasma er en materietilstand der en ionisert gassformig substans blir svært elektrisk ledende til det punktet at langdistanse elektrisk og magnetfelt dominerer oppførselen til saken. Denne tilstanden kan kontrasteres med andre tilstander : solid , flytende , og gass . I motsetning til disse andre tilstandene av materie, er plasma sjelden på jordens overflate under normale forhold, og genereres for det meste kunstig fra nøytrale gasser.

Plasma er et elektrisk nøytralt medium av ubundne positive og negative partikler (dvs. den totale ladningen til et plasma er omtrent null). Selv om disse partiklene er ubundne, er de ikke «frie» i betydningen av å ikke oppleve krefter. Bevegende ladede partikler genererer en elektrisk strøm i et magnetfelt, og enhver bevegelse av et ladet plasma partikkel påvirker og påvirkes av feltene som er skapt av de andre ladningene. Dette styrer igjen kollektiv atferd med mange grader av variasjon.

Tre faktorer definerer et plasma:

1. Plasma-tilnærming : Plasma-tilnærmingen gjelder når plasmaparameteren, Λ, [26] representerer antall ladebærere innenfor en sfære (kalt Debye-sfære hvis radie er Debye-screening le ngth) som omgir en gitt ladet partikkel, er tilstrekkelig høy til å skjerme den elektrostatiske innflytelsen av partikkelen utenfor sfæren. [21] [22]
2. Bulkinteraksjoner : Debye-screeninglengden (definert ovenfor) er kort sammenlignet til den fysiske størrelsen på plasmaet. Dette kriteriet betyr at interaksjoner i hovedparten av plasmaet er viktigere enn de i kantene, der grenseeffekter kan finne sted. Når dette kriteriet er oppfylt, er plasmaet kvasineutral. [27]
3. Plasma frekvens : Elektronplasmafrekvensen (måling plasmasvingninger til elektronene) er stor sammenlignet med den elektronneutrale kollisjonsfrekvensen (målefrekvens for kollisjoner mellom elektroner og nøytrale partikler). Når denne tilstanden er gyldig, dominerer elektrostatiske interaksjoner over prosessene med vanlig gasskinetikk. [28]

Temperatur [ rediger ]

Plasma temperatur måles ofte i kelvins eller elektronvolts og er, uformelt, et mål på den termiske kinetiske energien per partikkel. Høye temperaturer er vanligvis nødvendig for å opprettholde ionisering, noe som er et avgjørende trekk ved et plasma. Graden av plasmaionisering bestemmes av elektrontemperaturen i forhold til ioniseringsenergien (og svakere av tettheten), i et forhold kalt Saha-ligning . Ved lave temperaturer har ioner og elektroner en tendens til å rekombinere til bundne tilstander – atomer – og plasma vil til slutt bli en gass.

I de fleste tilfeller er elektronene nær nok til termisk likevekt at temperaturen deres er relativt veldefinert, selv når det er en betydelig avvik fra en Maxwellian energi distribusjonsfunksjon , for eksempel på grunn av UV-stråling , energiske partikler eller sterke elektriske felt . På grunn av den store forskjellen i masse, kommer elektronene til termodynamisk likevekt mellom seg mye raskere enn de kommer i likevekt med ionene eller nøytrale atomer. Av denne grunn kan ionetemperaturen være veldig forskjellig fra (vanligvis lavere enn) elektrontemperaturen. Dette er spesielt vanlig i svakt ioniserte teknologiske plasmaer, hvor ionene ofte er i nærheten av omgivelsestemperatur .

Vanlige former for plasma

Kunstig produsert

• De som finnes i plasmaskjermer , inkludert TV-skjermer.
• Inne i lysrør (lavenergibelysning), neonskilt [46]
• Rakettavgass og ionepropeller
• Området foran et romfartøy «s varmeskjold under re-entry into the atmosfæren
• Inne i en koronautslipp ozon generator
• Fusjonsenergi forskning
• lysbue i en buelampe , en lysbue sveiser eller plasma fakkel
• Plasma ball (noen ganger kalt en plasmasfære eller plasma-kloden )
• Buer produsert av Tesla-spoler (resonant luftkjernetransformator eller disruptorspiral som produserer buer som ligner lyn, men med vekselstrøm i stedet for statisk elektrisitet )
• Plasmer brukt i fabrikasjon av halvlederanordninger inkludert etsende reaktiv-ion , sputtering , overflaterengjøring og plasmaforbedret kjemisk dampavsetning
• Laser -produserte plasmaer (LPP), funnet når lasere med høy effekt samhandler med materialer .
• Induktivt koblede plasmaer (ICP), dannet typisk i argon gass for optisk utslipp spektroskopi eller massespektrometri
• Magnetisk indusert plasmas (MIP), vanligvis produsert ved bruk av mikrobølger som en resonanskoblingsmetode

Terrestriske plasmaer

• Statiske elektriske gnister
• Kapasitivt koblede plasmaer (CCP)
• Dielektriske barriereutladninger (DBD)
• Lyn
• magnetosfæren inneholder plasma i jordens omgivende rom miljø.
• ionosfæren
• plasmasfæren
• polar aurorae
• polar vind , en plasmafontene
• Øvre atmosfæriske lyn (f.eks. Blå jets, Blue starters, Gigantic jets, ELVES)
• Sprites
• St. Elmo «s fire

Space and astrophysical plasmas

• Stars (plasmas oppvarmet av atomfusjon )
• solvind
• interplanetært medium (mellomrom mellom planeter)
• interstellar medium (rom mellom stjernesystemer)
• Intergalactic medium (space between galaxies)
• Io – Jupiter fluxrør
• Akkresjonsplater
• Interstellar tåker

Plasma (fysikk) – Wikipedia

Svar

Det er faktisk ganske vanskelig å ikke fjerne noen elektroner fra et plasma – avhengig av hva slags plasma det er – fordi de beveger seg så fort . Siden de er omtrent 2000 ganger lettere enn en proton, hvis elektronene har omtrent samme energi (og veldig ofte har elektronene faktisk mye mer), har elektronene hastigheter som er minst 50 ganger større. Faktisk har ethvert fast objekt du setter inn i et plasma en tendens til å akkumulere elektroner til det lades opp til en negativ (med hensyn til plasma) spenning. Dette kalles det «flytende potensialet», fordi når det er nådd, strømmer det ikke mer nettostrøm til objektet: dets akkumulerte ladning frastøter elektroner og tiltrekker seg ioner nok til å balansere elektronene som beveger seg mye, mye raskere.

Moteksemplet er at det i noen sterkt magnetiserte plasmaer faktisk kan være lettere å miste ioner . Mens de generelt beveger seg mye saktere, kan deres gjennomsnittlige tverrfelt transport bli ganske raskere.Ladede partikler vil spinne rundt magnetiske feltlinjer (kalt «cyclotron motion») i baner med en bestemt radius, men kan bevege seg langs feltlinjer fritt (faktisk er det mer komplisert generelt, men la oss ta en enkel sak her). Det betyr at mens elektroner beveger seg omtrent 50 ganger raskere enn protoner i retninger de ikke er begrenset i, er syklotronradiusen omtrent 50 ganger mindre (igjen, forutsatt samme gjennomsnitt energi, noe som ikke er sikkert, men de varierer vanligvis ikke med en faktor på 50). Hver gang en partikkel støter på en annen partikkel, krymper den overføringen av momentum i utgangspunktet hvor partikelen er i sin cyklotronbane, noe som betyr at hver støt lar den tråkke > med opptil en syklotronradius. Hvis ionens syklotronradius er relativt stor sammenlignet med størrelsen på plasmaet, kan ionene gå tapt veldig raskt.

Fangsten her er at plasma generelt liker å holde seg kvasi-nøytral . Det betyr at mens ladningene er atskilt , teller opp alle ladningene i plasma legger likevel til null (eller nesten null). Det er mulig å lage ikke-nøytrale plasmaer, men tapstallene blir mye, mye større, fordi det elektrostatiske trykket raskt blir enormt . På grunn av dette, hvis du stripper mer enn en veldig veldig liten del av elektronene fra et plasma, begynner du å miste ioner (tilbakering til litt om flytende potensial !) for å avlaste det elektrostatiske trykket; eller, for å si det på en annen måte, jo sterkest positivt ladet plasma blir, jo sterkere blir ioner ofte presset ut og elektroner har en tendens til å bli trukket inn igjen. Hvor mye du positivt kan lade et plasma på denne måten, avhenger egentlig av din innesperringsordning.