Najlepsza odpowiedź
Plazma to stan skupienia w którym zjonizowana substancja gazowa staje się silnie przewodząca prąd elektryczny do tego stopnia, że na dalekie odległości elektryczny i pola magnetyczne dominują w zachowaniu materii. Ten stan można porównać z innymi stanami : solid , ciecz i gaz . W przeciwieństwie do tych innych stanów materii, plazma jest rzadkością na powierzchni Ziemi w normalnych warunkach i jest głównie sztucznie wytwarzana z gazów obojętnych.
Plazma jest elektrycznie neutralnym ośrodkiem niezwiązanych cząstek dodatnich i ujemnych (tj. całkowity ładunek plazmy wynosi w przybliżeniu zero). Chociaż cząstki te są niezwiązane, nie są „wolne” w tym sensie, że nie doświadczają sił. Poruszające się naładowane cząstki generują prąd elektryczny w polu magnetycznym, a każdy ruch naładowanej plazmy cząstka wpływa na pola utworzone przez inne ładunki i jest pod ich wpływem. To z kolei rządzi zachowaniem zbiorowym o wielu stopniach zmienności.
Trzy czynniki definiują plazmę:
- Przybliżenie plazmy : Przybliżenie plazmy ma zastosowanie, gdy parametr plazmy Λ, [26] reprezentuje liczba nośników ładunku w sferze (nazywanej sferą Debyea, której promień jest le ngth) otaczający daną cząstkę naładowaną, jest wystarczająco wysoka, aby osłonić wpływ elektrostatyczny cząstki poza kulą. [21] [22]
- Interakcje zbiorcze : długość ekranu Debye (zdefiniowana powyżej) jest krótka w porównaniu do fizycznych rozmiarów plazmy. To kryterium oznacza, że interakcje w większości plazmy są ważniejsze niż te na jej krawędziach, gdzie mogą wystąpić efekty graniczne. Gdy to kryterium jest spełnione, osocze jest prawie neutralne. [27]
- Plazma częstotliwość : częstotliwość plazmy elektronowej (pomiar oscylacji plazmy elektronów) jest duża w porównaniu z częstotliwością zderzeń elektronowo-neutralnej (pomiar częstotliwości zderzeń między elektrony i cząstki obojętne). Gdy ten warunek jest spełniony, oddziaływania elektrostatyczne dominują nad procesami zwykłej kinetyki gazów. [28]
Temperatura [ edytuj ]
Temperatura plazmy jest zwykle mierzona w kelwinach lub elektronowolty i nieformalnie jest miarą termicznej energii kinetycznej na cząstkę. Do podtrzymania jonizacji, która jest cechą charakterystyczną plazmy, zwykle potrzebne są wysokie temperatury. Stopień jonizacji plazmy jest określany przez temperaturę elektronów w stosunku do energii jonizacji (i słabiej ze względu na gęstość), w zależności zwanej równaniem Saha . W niskich temperaturach jony i elektrony mają tendencję do rekombinacji w stany związane – atomy – i plazma ostatecznie zamieni się w gaz.
W większości przypadków elektrony są wystarczająco blisko równowagi termicznej , że ich temperatura jest stosunkowo dobrze zdefiniowana, nawet jeśli występuje znaczne odchylenie od maxwellian energii funkcja dystrybucji , na przykład z powodu promieniowania UV , cząstek energetycznych lub silnego pola elektryczne . Ze względu na dużą różnicę mas elektrony dochodzą do równowagi termodynamicznej między sobą znacznie szybciej, niż dochodzą do stanu równowagi z jonami lub atomami obojętnymi. Z tego powodu temperatura jonów może bardzo różnić się od (zwykle niższej) temperatury elektronów. Jest to szczególnie częste w przypadku słabo zjonizowanej plazmy technologicznej, w której jony są często zbliżone do temperatury otoczenia .
Typowe formy plazmy
Sztucznie wyprodukowane
- Te, które można znaleźć w wyświetlaczach plazmowych , w tym ekranach telewizyjnych.
- Wewnątrz świetlówek (oświetlenie energooszczędne), neony [46]
- Układ wydechowy rakiety i jonowe silniki strumieniowe
- Obszar przed statkiem kosmicznym „s osłoną termiczną podczas ponowne wejście do atmosfery
- Wewnątrz wyładowania koronowego generator ozonu
- Energia termojądrowa badania
- Badania łuk elektryczny w lampie łukowej , łuk spawacz lub palnik plazmowy
- Kula plazmowa (czasami nazywana kulą plazmową lub kula plazmowa )
- Łuki produkowane przez cewki Tesli (rezonansowy transformator powietrzny lub cewka zakłócająca, która wytwarza łuki podobne do wyładowań atmosferycznych, ale z prądem zmiennym zamiast elektryczności statycznej )
- Plazma używana w produkcji urządzeń półprzewodnikowych , w tym trawieniu jonami reaktywnymi , rozpylanie , czyszczenie powierzchni i chemiczne osadzanie z fazy gazowej wspomagane plazmą
- Plazma wytwarzana za pomocą lasera (LPP), wykrywana, gdy lasery dużej mocy oddziałują z materiałami .
- Plazma sprzężona indukcyjnie (ICP), zwykle utworzona w argonie gaz do emisji optycznej spektroskopia lub spektrometria mas
- Indukcja magnetyczna plazmy (MIP), zwykle wytwarzane przy użyciu mikrofal jako metody sprzężenia rezonansowego
Plazma naziemna
- Statyczne iskry elektryczne
- Plazma sprzężona pojemnościowo (CCP)
- Wyładowania przez barierę dielektryczną (DBD)
- Błyskawica
- Magnetosfera zawiera plazmę w otaczającej Ziemi przestrzeni środowisko.
- jonosfera
- plazmasfera
- zorza polarna
- wiatr polarny , fontanna plazmowa
- wyładowania atmosferyczne w górnych warstwach atmosfery (np. Niebieskie odrzutowce, niebieskie startery, gigantyczne odrzutowce, ELFY)
- Spritey
- św. Ogień Elmo
Kosmos i astrofizyczna plazma
- Gwiazdy (plazmy ogrzewane przez syntezę jądrową )
- wiatr słoneczny
- ośrodek międzyplanetarny (przestrzeń między planetami)
- ośrodek międzygwiezdny (przestrzeń między układami gwiazd)
- ośrodek międzygalaktyczny (przestrzeń między galaktykami)
- Io – Jowisz rura strumieniowa
- Dyski akrecyjne
- Mgławice międzygwiazdowe
Odpowiedź
W rzeczywistości dość trudno nie usunąć niektórych elektronów z plazmy – w zależności od tego, jaki to rodzaj plazmy – ponieważ poruszają się one tak szybko . Ponieważ są około 2000 razy lżejsze od protonu, jeśli wszystkie cząstki mają mniej więcej taką samą energię (a bardzo często elektrony mają o wiele więcej), prędkość elektronów jest co najmniej 50 razy większa. W rzeczywistości każdy stały obiekt, który wstawisz do plazmy, ma tendencję do gromadzenia elektronów, dopóki nie naładuje się do ujemnego (w stosunku do plazmy) napięcia. Nazywa się to „potencjałem pływającym”, ponieważ po jego osiągnięciu do obiektu nie płynie już prąd netto: jego nagromadzony ładunek odpycha elektrony i przyciąga jony na tyle, aby zrównoważyć elektrony poruszające się znacznie, znacznie szybciej.
Kontrprzykład jest taki, że w niektórych silnie namagnesowanych plazmach może być łatwiej stracić jony . Chociaż generalnie poruszają się znacznie wolniej, ich przeciętny transport między polami może być nieco szybszy.Naładowane cząstki chcą obracać się wokół linii pola magnetycznego (zwanego „ruchem cyklotronu”) na orbitach o określonym promieniu, ale mogą swobodnie poruszać się wzdłuż linii pola (w rzeczywistości jest to więcej ogólnie skomplikowane, ale weźmy tutaj prosty przypadek). Oznacza to, że chociaż elektrony poruszają się około 50 razy szybciej niż protony w kierunkach, wzdłuż których nie są skrępowane, ich promień cyklotronu jest około 50x mniejszy (ponownie zakładając tę samą średnią energii, co nie jest pewne, ale zazwyczaj nie różnią się one o współczynnik 50). Za każdym razem, gdy cząstka zderza się z inną cząstką, ten transfer pędu w zasadzie zamyka się w miejscu, w którym na swojej cyklotronowej orbicie znajduje się cząstka, co oznacza, że każde uderzenie pozwala jej przejść cross-field o maksymalnie jeden promień cyklotronu. Jeśli promień cyklotronu jonów jest stosunkowo duży w porównaniu z wielkością plazmy, jony mogą zostać utracone bardzo szybko.
Problem polega na tym, że plazma zazwyczaj lubią pozostać quasi-neutralne . Oznacza to, że chociaż ładunki są oddzielone , zliczanie wszystkich ładunków w plazmie nadal sumuje się do zera (lub prawie do zera). Możliwe jest wytworzenie nie-neutralnej plazmy, ale ich straty stają się dużo, dużo większe, ponieważ ciśnienie elektrostatyczne szybko staje się ogromne . Z tego powodu, jeśli pozbędziesz się więcej niż bardzo, bardzo małej części elektronów z plazmy, zaczniesz tracić jony (odwołanie do fragmentu o potencjale pływającym !) w celu uwolnienia tego ciśnienia elektrostatycznego; lub, mówiąc inaczej, najsilniej dodatnio naładowana plazma staje się, im silniej jony mają tendencję do wypychania, a elektrony są wciągane z powrotem. To, ile możesz pozytywnie naładować plazmę w ten sposób, naprawdę zależy od twojego plan odosobnienia.