Bästa svaret
Plasma är ett materietillstånd där en joniserad gashaltig substans blir starkt elektriskt ledande till den punkt att långväga elektriska och magnetfält dominerar beteendet i saken. Detta tillstånd kan kontrasteras med andra tillstånd : solid , flytande och gas . Till skillnad från dessa andra tillståndstillstånd är plasma sällsynt på jordens yta under normala förhållanden och genereras mestadels artificiellt från neutrala gaser.
Plasma är ett elektriskt neutralt medium av obundna positiva och negativa partiklar (dvs. den totala laddningen av ett plasma är ungefär noll). Även om dessa partiklar är obundna är de inte ”fria” i betydelsen att de inte upplever krafter. Rörliga laddade partiklar genererar en elektrisk ström inom ett magnetfält och varje rörelse av en laddad plasma partikel påverkar och påverkas av fälten som skapats av de andra laddningarna. I sin tur styr detta kollektivt beteende med många grader av variation.
Tre faktorer definierar en plasma:
- Plasmacroximering : Plasmaproximering gäller när plasmaparametern, Λ, [26] representerar antalet laddningsbärare inom en sfär (kallas Debye-sfären vars radie är Debye-screening-le ngth) som omger en given laddad partikel, är tillräckligt hög för att skydda den elektrostatiska påverkan av partikeln utanför sfären. [21] [22]
- Bulkinteraktioner : Debye-screeninglängden (definierad ovan) jämförs kort till plasmans fysiska storlek. Detta kriterium betyder att interaktioner i huvuddelen av plasma är viktigare än de vid dess kanter, där gränseffekter kan äga rum. När detta kriterium är uppfyllt är plasman kvasineutral. [27]
- Plasma frekvens : Elektronplasmafrekvensen (mätning plasmasvängningar hos elektronerna) är stor jämfört med elektronneutral kollisionsfrekvens (mätfrekvens för kollisioner mellan elektroner och neutrala partiklar). När detta villkor är giltigt dominerar elektrostatiska interaktioner över processerna för vanlig gaskinetik. [28]
Temperatur [ redigera ]
Plasstemperaturen mäts vanligtvis i kelvins eller elektronvolts och är, informellt, ett mått på den termiska kinetiska energin per partikel. Höga temperaturer behövs vanligtvis för att upprätthålla jonisering, vilket är en avgörande egenskap hos en plasma. Graden av plasmajonisering bestäms av elektrontemperaturen i förhållande till joniseringsenergin (och svagare av densiteten), i ett förhållande som kallas Saha-ekvationen . Vid låga temperaturer tenderar joner och elektroner att rekombineras till bundna tillstånd – atomer – och plasma kommer så småningom att bli en gas.
I de flesta fall är elektronerna tillräckligt nära termisk jämvikt att deras temperatur är relativt väldefinierad, även när det finns en signifikant avvikelse från en Maxwellian energi fördelningsfunktion , till exempel på grund av UV-strålning , energiska partiklar eller starka elektriska fält . På grund av den stora skillnaden i massa kommer elektronerna till termodynamisk jämvikt inbördes mycket snabbare än de kommer i jämvikt med jonerna eller neutrala atomer. Av denna anledning kan jontemperaturen skilja sig mycket från (vanligtvis lägre än) elektrontemperaturen. Detta är särskilt vanligt i svagt joniserade tekniska plasma, där jonerna ofta är nära omgivningstemperatur .
Vanliga former av plasma
Konstgjorda
- De som finns i plasmaskärmar , inklusive TV-skärmar.
- Inuti lysrör (låg energibelysning), neonskyltar [46]
- Raketavgas och jonpropeller
- Området framför ett rymdfarkost ”s värmesköld under återinträde i atmosfären
- Inuti en koronautsläpp ozon generator
- Fusionsenergi forskning
- båge i en båglampa , en båge svetsare eller plasmabrännare
- Plasmakula (kallas ibland en plasmasfär eller plasmaglob )
- Bågar producerade av Tesla-spolar (resonant luftkärntransformator eller störningsspole som producerar bågar som liknar blixtar, men med växelström snarare än statisk elektricitet )
- Plasmor som används i tillverkning av halvledaranordningar inklusive etsning av reaktiv jon , sputtring , ytrengöring och plasmaförstärkt kemisk ångavsättning
- Laser -producerade plasma (LPP), hittas när lasrar med hög effekt interagerar med material .
- Induktivt kopplade plasma (ICP), bildade typiskt i argon gas för optisk emission spektroskopi eller masspektrometri
- Magnetiskt inducerad plasmor (MIP), produceras vanligtvis med användning av mikrovågor som en resonanskopplingsmetod
Markplasma
- Statiska elektriska gnistor
- Kapacitivt kopplade plasma (CCP)
- Dielektriska barriärutsläpp (DBD)
- Blixt
- magnetosfären innehåller plasma i jordens omgivande utrymme miljö.
- jonosfären
- plasmasfären
- polar aurorae
- polar vind , en plasmafontän
- Övre atmosfäriska blixtnedslag (t.ex. Blå strålar, Blå förrätter, Gigantiska strålar, ELVES)
- Sprites
- St. Elmos eld
Rymd- och astrofysiska plasma
- Stjärnor (plasma uppvärmd av kärnkraftsfusion )
- solvind
- interplanetärt medium (mellanslag mellan planeter)
- interstellärt medium (utrymme mellan stjärnsystem)
- Intergalaktiskt medium (utrymme mellan galaxer)
- Io – Jupiter flödesrör
- Ackretionsskivor
- Interstellar nebula
Svar
Det är faktiskt ganska svårt att inte ta bort några elektroner från ett plasma – beroende på vilken typ av plasma det är – eftersom de rör sig så snabbt . Eftersom de är ungefär 2000 gånger lättare än en proton, har elektronerna hastigheter som är minst 50 gånger högre om alla partiklar har ungefär samma energi (och mycket ofta har elektronerna faktiskt mycket mer). I själva verket tenderar varje fast föremål du sätter in i en plasma att ackumuleras elektroner tills det laddas upp till en negativ (med avseende på plasma) spänning. Detta kallas den ”flytande potentialen”, för när den har nåtts, flyter inte mer nettoström till objektet: dess ackumulerade laddning stöter bort elektroner och drar till sig joner tillräckligt för att balansera elektronerna som rör sig mycket, mycket snabbare.
Motexemplet är att det i vissa starkt magnetiserade plasmor faktiskt kan vara lättare att förlora joner . Medan de rör sig mycket långsammare i allmänhet kan deras genomsnittliga korsfält -transporter gå ganska snabbare.Laddade partiklar vill snurra runt magnetfältlinjer (kallad ”cyklotronrörelse”) i banor med en specifik radie, men kan röra sig längs fältlinjer fritt (faktiskt är det mer komplicerat i allmänhet men låt oss ta ett enkelt fall här). Det betyder att medan elektroner rör sig ungefär 50 gånger snabbare än protoner i riktningar längs vilka de är obegränsade, är deras cyklotronradie ungefär 50x mindre (återigen förutsatt samma medelvärde energi, vilket inte är säkert, men de skiljer sig vanligtvis inte med faktorn 50). Varje gång en partikel stöter på en annan partikel krypterar den överföringen av momentum i grund och botten var i dess cyklotronbana partikeln är, vilket innebär att varje bump låter det gå tvärfält med upp till en cyklotronradie. Om jonernas cyklotronradie är relativt stor jämfört med plasmastorleken, kan jonerna gå förlorade mycket snabbt.
Fångsten här är att plasma i allmänhet gillar att stanna kvasineutral . Det betyder att medan laddningarna är åtskilda , räknar upp alla laddningarna i plasma lägger fortfarande till noll (eller nästan noll). Det är möjligt att göra icke-neutrala plasma, men deras förlustnivåer blir mycket, mycket större, eftersom det elektrostatiska trycket snabbt blir enormt . På grund av detta, om du avlägsnar mer än en mycket, mycket liten del av elektronerna från ett plasma, börjar du förlora joner (återuppringning till biten om flytande potential !) för att lindra det elektrostatiska trycket; eller, för att uttrycka det på ett annat sätt, den starkast positivt laddade plasman blir, desto starkare tenderar joner att skjutas ut och elektroner tenderar att dras in igen. Hur mycket du kan ladda en plasma på detta sätt beror verkligen på din inneslutningsschema.