Cel mai bun răspuns
Plasma este o stare a materiei în care o substanță gazoasă ionizată devine extrem de conductivă electric până la punctul ong id electric și câmpurile magnetice domină comportamentul materiei. Această stare poate fi contrastată cu alte stări : solid , lichid și gaz . Spre deosebire de aceste alte stări de materie, plasma este rară pe suprafața Pământului în condiții normale și este în mare parte generată artificial din gaze neutre. sarcina totală a plasmei este aproximativ zero). Deși aceste particule sunt nelegate, ele nu sunt „libere” în sensul că nu experimentează forțe. Particulele încărcate în mișcare generează un curent electric într-un câmp magnetic și orice mișcare a unei plasme încărcate particula afectează și este afectată de câmpurile create de celelalte sarcini. La rândul său, aceasta guvernează comportamentul colectiv cu multe grade de variație.
Trei factori definesc o plasmă:
- Aproximarea plasmei : Aproximarea plasmei se aplică atunci când parametrul plasmei, Λ, [26] reprezentând numărul de purtători de sarcină într-o sferă (numită sferă Debye a cărei rază este ecranul Debye le ngth) care înconjoară o particulă încărcată dată, este suficient de mare încât să protejeze influența electrostatică a particulei în afara sferei. [21] [22]
- Interacțiuni în bloc : lungimea de screening Debye (definită mai sus) este comparată scurt la dimensiunea fizică a plasmei. Acest criteriu înseamnă că interacțiunile în cea mai mare parte a plasmei sunt mai importante decât cele de la marginile sale, unde pot avea loc efecte la graniță. Când acest criteriu este îndeplinit, plasma este cvasineutrală. [27]
- Plasma frecvență : frecvența plasmei electronice (măsurând oscilațiile plasmatice a electronilor) este mare în comparație cu frecvența de coliziune neutră electronică (măsurarea frecvenței coliziunilor electroni și particule neutre). Când această condiție este validă, interacțiunile electrostatice domină procesele cinetice obișnuite ale gazelor. [28]
Temperatură [ editați ]
Temperatura plasmatică este de obicei măsurată în kelvins sau electronvolts și este, în mod informal, o măsură a energiei cinetice termice per particulă. Temperaturile ridicate sunt de obicei necesare pentru a susține ionizarea, care este o caracteristică definitorie a plasmei. Gradul de ionizare a plasmei este determinat de temperatura electronului în raport cu energia de ionizare (și mai slab prin densitate), într-o relație numită ecuația Saha . La temperaturi scăzute, ionii și electronii tind să se recombineze în stări legate – atomi -, iar plasma va deveni în cele din urmă un gaz.
În majoritatea cazurilor, electronii sunt suficient de aproape de echilibru termic că temperatura lor este relativ bine definită, chiar și atunci când există o abatere semnificativă de la o energie Maxwellian funcția de distribuție , de exemplu, datorită radiației UV , particulelor energetice sau câmpuri electrice . Datorită diferenței mari de masă, electronii ajung la echilibru termodinamic între ei mult mai repede decât intră în echilibru cu ionii sau atomii neutri. Din acest motiv, temperatura ionului poate fi foarte diferită de (de obicei mai mică decât) temperatura electronilor. Acest lucru este deosebit de comun în plasmele tehnologice slab ionizate, unde ionii sunt adesea aproape de temperatura ambiantă .
Forme comune de plasmă
Produse artificial
- Cele găsite în afișaje cu plasmă , inclusiv ecranele TV.
- În interiorul lămpi fluorescente (iluminat cu consum redus de energie), semne neon [46]
- Evacuarea rachetelor și propulsoare ionice
- Zona din fața unei nave spațiale „s scut termic în timpul reintrare în atmosfera
- În interiorul unei descărcări corona generator de ozon
- Cercetarea energiei de fuziune
- arc electric într-o lampă arc , un arc sudor sau lanternă cu plasmă
- Minge de plasmă (uneori numită sferă de plasmă sau glob cu plasmă )
- Arcuri produse de bobine Tesla (transformator de miez de aer rezonant sau bobină de întrerupere care produce arcuri similare fulgerului, dar cu curent alternativ mai degrabă decât electricitate statică )
- Plasmele utilizate în fabricarea dispozitivelor semiconductoare , inclusiv gravare cu ioni reactivi , pulverizare , curățarea suprafeței și depunerea chimică a vaporilor cu plasmă
- Plasmele produse de laser (LPP), care se găsesc atunci când laserele de mare putere interacționează cu materialele .
- Plasme cuplate inductiv (ICP), formate de obicei în argon gaz pentru emisie optică spectroscopie sau spectrometrie de masă
- indusă magnetic plasme (MIP), produse de obicei folosind microunde ca metodă de cuplare rezonantă
Plasmele terestre
- Scântei electrice statice
- Plasme cuplate capacitiv (CCP)
- Descărcări de bariere dielectrice (DBD)
- Lightning
- magnetosfera conține plasmă în spațiul înconjurător al Pământului mediu.
- ionosfera
- plasmasfera
- aurore polare
- vânt polar , o fântână de plasmă
- Fulgerul atmosferic superior (de ex. Blue jets, Blue starters, Gigantic jets, ELVES)
- Sprites
- St. Focul lui Elmo
Spațiu și plasme astrofizice
- Stele (plasme încălzite prin fuziune nucleară )
- vânt solar
- mediu interplanetar (spațiu între planete)
- mediu interstelar (spațiu între sistemele stelare)
- mediu intergalactic (spațiu între galaxii)
- Tubul de flux Io – Jupiter
- Discuri de acumulare
- nebuloase
Răspuns
De fapt, este destul de dificil să nu scoți niște electroni dintr-o plasmă – în funcție de ce fel de plasmă este – pentru că se mișcă atât de rapid . Întrucât sunt de aproximativ 2000 de ori mai ușori decât un proton, dacă toate particulele au aproximativ aceeași energie (și foarte adesea electronii au de fapt mult mai mult), electronii au viteze de cel puțin 50x mai mari. De fapt, orice obiect solid pe care îl introduceți într-o plasmă tinde să acumuleze electroni până când se încarcă până la o tensiune negativă (față de plasmă). Aceasta se numește „potențial plutitor”, deoarece odată atins, nu mai curge curent net către obiect: sarcina sa acumulată respinge electronii și atrage ioni suficient pentru a echilibra electronii care se mișcă mult, mult mai repede.
Contraexemplul este că în unele plasme puternic magnetizate, poate fi de fapt mai ușor să pierzi ioni . În timp ce se mișcă mult mai încet în general, transportul lor mediu încrucișat poate fi destul de rapid.Particulele încărcate vor să se învârtă în jurul liniilor de câmp magnetic (numite „mișcare ciclotronică”) pe orbite cu o rază specifică, dar se pot mișca de-a lungul liniilor de câmp în mod liber (de fapt este mai mult complicat în general dar să luăm un caz simplu aici). Asta înseamnă că, în timp ce electronii se mișcă cu aproximativ 50 de ori mai repede decât protonii în direcții de-a lungul cărora sunt nelimitați, raza ciclotronului este cu aproximativ 50x mai mică (din nou, presupunând aceeași medie energie, ceea ce nu este sigur, dar de obicei nu diferă cu un factor de 50). De fiecare dată când o particulă se lovește de o altă particulă, acel transfer de impuls se amestecă practic în orbita ciclotronică a particulei, ceea ce înseamnă că fiecare umflătură o lasă să pășească cross-field > cu până la o rază de ciclotron. Dacă raza ciclotronică a ionilor este relativ mare în comparație cu dimensiunea plasmei, ionii se pot pierde foarte repede.
Captura este că plasmele, în general, vor să rămână cvasi-neutru . Asta înseamnă că, în timp ce taxele sunt separate , numărând toate tarifele din plasmă încă se adaugă la zero (sau aproape aproape zero). Este posibil să se producă plasme non-neutre, dar ratele lor de pierdere devin mult, mult mai mari, deoarece presiunea electrostatică devine rapid enormă . Din această cauză, dacă eliminați mai mult decât o porțiune foarte mică, foarte mică a electronilor dintr-o plasmă, începeți să pierdeți ioni (callback la bitul despre potențialul plutitor !) pentru a ameliora acea presiune electrostatică; sau, altfel spus, cu cât plasma devine cea mai puternic încărcată pozitiv, cu atât mai puternic ionii tind să fie împinși și electronii tind să fie aduși înapoi. Cât de mult puteți încărca pozitiv o plasmă în acest mod depinde cu adevărat de schema de izolare.