Was sind die Eigenschaften von Plasma im vierten Materiezustand?

Beste Antwort

Plasma ist ein Materiezustand in dem eine ionisierte gasförmige Substanz hoch elektrisch leitend wird, bis zu dem Punkt, dass elektrisch und Magnetfelder dominieren das Verhalten der Materie. Dieser Zustand kann mit den anderen Zuständen verglichen werden: solid , flüssig und gas . Im Gegensatz zu diesen anderen Materiezuständen ist Plasma unter normalen Bedingungen auf der Erdoberfläche selten und wird meist künstlich aus neutralen Gasen erzeugt.

Plasma ist ein elektrisch neutrales Medium aus ungebundenen positiven und negativen Partikeln (d. H. Die Gesamtladung eines Plasmas ist ungefähr Null. Obwohl diese Teilchen ungebunden sind, sind sie nicht „frei“ im Sinne, dass sie keinen Kräften ausgesetzt sind. Bewegte geladene Teilchen erzeugen einen elektrischen Strom innerhalb eines Magnetfelds und jede Bewegung eines geladenen Plasmas Partikel beeinflussen und werden von den Feldern beeinflusst, die durch die anderen Ladungen erzeugt werden. Dies wiederum regelt das kollektive Verhalten mit vielen Variationsgraden.

Drei Faktoren definieren ein Plasma:

1. Die Plasma-Näherung : Die Plasma-Näherung gilt, wenn der Plasmaparameter Λ, [26] darstellt die Anzahl der Ladungsträger innerhalb einer Kugel (Debye-Kugel genannt, deren Radius die Debye-Screening-Datei ist ngth), das ein gegebenes geladenes Teilchen umgibt, ist ausreichend hoch, um den elektrostatischen Einfluss des Teilchens außerhalb der Kugel abzuschirmen. [21] [22]
2. Massenwechselwirkungen : Die Debye-Screening-Länge (oben definiert) ist im Vergleich kurz auf die physikalische Größe des Plasmas. Dieses Kriterium bedeutet, dass Wechselwirkungen in der Masse des Plasmas wichtiger sind als an seinen Rändern, an denen Randeffekte auftreten können. Wenn dieses Kriterium erfüllt ist, ist das Plasma quasineutral. [27]
3. Plasma Frequenz : Die Elektronenplasmafrequenz (Messung von Plasmaoszillationen der Elektronen) ist im Vergleich zur elektronenneutralen Kollisionsfrequenz (Messung der Häufigkeit von Kollisionen zwischen Elektronen) groß Elektronen und neutrale Teilchen). Wenn diese Bedingung gültig ist, dominieren elektrostatische Wechselwirkungen gegenüber den Prozessen der gewöhnlichen Gaskinetik. [28]

Temperatur [ bearbeiten ]

Die Plasmatemperatur wird üblicherweise in Kelvin oder Elektronenvolt und ist informell ein Maß für die thermische kinetische Energie pro Partikel. Hohe Temperaturen sind normalerweise erforderlich, um die Ionisation aufrechtzuerhalten, was ein bestimmendes Merkmal eines Plasmas ist. Der Grad der Plasmaionisation wird durch die Elektronentemperatur relativ zur Ionisationsenergie (und) bestimmt schwächer durch die Dichte), in einer Beziehung, die als Saha-Gleichung bezeichnet wird. Bei niedrigen Temperaturen neigen Ionen und Elektronen dazu, sich in gebundene Zustände – Atome – zu rekombinieren, und das Plasma wird schließlich zu einem Gas.

In den meisten Fällen sind die Elektronen nahe genug an thermisches Gleichgewicht , dass ihre Temperatur relativ genau definiert ist, selbst wenn eine signifikante Abweichung von einer Maxwellschen Energie Verteilungsfunktion , beispielsweise aufgrund von UV-Strahlung , energetischen Partikeln oder starken elektrische Felder . Aufgrund des großen Massenunterschieds kommen die Elektronen untereinander viel schneller zum thermodynamischen Gleichgewicht als mit den Ionen oder neutralen Atomen ins Gleichgewicht. Aus diesem Grund kann sich die Ionentemperatur stark von der Elektronentemperatur unterscheiden (normalerweise niedriger als diese). Dies ist besonders häufig bei schwach ionisierten technologischen Plasmen der Fall, bei denen sich die Ionen häufig in der Nähe der Umgebungstemperatur befinden.

Häufige Formen von Plasma

Künstlich hergestellt

• Die in Plasma-Displays , einschließlich Fernsehbildschirmen.
• In Leuchtstofflampen (energiesparende Beleuchtung) Leuchtreklamen [46]
• Raketenabgas und Ionentriebwerke
• Der Bereich vor einem Raumschiff „s Hitzeschild während Wiedereintritt in die Atmosphäre
• In einer Koronaentladung Ozongenerator
• Fusionsenergie Forschung
• Die Lichtbogen in einer Lichtbogenlampe , einem Lichtbogen Schweißer oder Plasmabrenner
• Plasmakugel (manchmal als Plasmakugel oder Plasmakugel )
• Lichtbögen, die von Tesla-Spulen (Resonanz-Luftkerntransformator) erzeugt werden oder Unterbrecherspule, die blitzähnliche Lichtbögen erzeugt, jedoch mit Wechselstrom anstelle von statischer Elektrizität )
• Plasmen, die bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendet werden, einschließlich Ätzen reaktiver Ionen , Sputtern , Oberflächenreinigung und plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung
• Laserproduzierte Plasmen (LPP), die auftreten, wenn Hochleistungslaser mit Materialien interagieren .
• Induktiv gekoppelte Plasmen (ICP), die typischerweise in Argon Gas für optische Emission Spektroskopie oder Massenspektrometrie
• Magnetisch induziert Plasmen (MIP), die typischerweise unter Verwendung von Mikrowellen als Resonanzkopplungsverfahren

erzeugt werden

Terrestrische Plasmen

• Statische elektrische Funken
• Kapazitiv gekoppelte Plasmen (CCP)
• Dielektrische Barriereentladungen (DBD)
• Blitz
• Die Magnetosphäre enthält Plasma im umgebenden Raum der Erde Umgebung.
• Die Ionosphäre
• Die Plasmasphäre
• Der polare Aurorae
• Der polare Wind , ein Plasmabrunnen
• Blitz in der oberen Atmosphäre (z Blaue Jets, Blaue Starter, Gigantische Jets, ELFEN)
• Sprites
• St. Elmos Feuer

Raum und astrophysikalische Plasmen

• Sterne (Plasmen erhitzt durch Kernfusion )
• Der Sonnenwind
• Das interplanetare Medium (Raum zwischen Planeten)
• Das interstellares Medium (Raum zwischen Sternensystemen)
• Das Intergalaktisches Medium (Raum zwischen Galaxien)
• Die Io – Jupiter Flussröhre
• Akkretionsscheiben
• Interstellare Nebel

Plasma (Physik) – Wikipedia

Antwort

Es ist eigentlich ziemlich schwierig, einige Elektronen nicht aus einem Plasma zu entfernen – je nachdem, um welche Art von Plasma es sich handelt -, weil sie sich bewegen so schnell . Da sie etwa 2000-mal leichter als ein Proton sind und alle Teilchen ungefähr die gleiche Energie haben (und sehr oft haben die Elektronen tatsächlich viel mehr), haben die Elektronen Geschwindigkeiten, die mindestens 50x höher sind. Tatsächlich neigt jedes feste Objekt, das Sie in ein Plasma einführen, dazu, Elektronen anzusammeln, bis es sich auf eine negative Spannung (in Bezug auf das Plasma) auflädt. Dies wird als „schwebendes Potential“ bezeichnet, da nach Erreichen dieses Ziels kein Nettostrom mehr zum Objekt fließt: Seine akkumulierte Ladung stößt Elektronen ab und zieht Ionen genug an, um die sich viel, viel schneller bewegenden Elektronen auszugleichen.

Das Gegenbeispiel ist, dass es in einigen stark magnetisierten Plasmen tatsächlich einfacher sein kann, -Ionen zu verlieren. Während sie sich im Allgemeinen viel langsamer bewegen, kann ihr durchschnittlicher feldübergreifender Transport erheblich schneller sein.Geladene Teilchen möchten sich in Bahnen mit einem bestimmten Radius um Magnetfeldlinien (als „Zyklotronbewegung“ bezeichnet) drehen, können sich jedoch entlang Feldlinien frei bewegen (eigentlich ist es mehr) im Allgemeinen kompliziert, aber nehmen wir hier einen einfachen Fall). Das bedeutet, dass sich Elektronen in Richtungen, in denen sie nicht eingeschränkt sind, etwa 50x schneller als Protonen bewegen, ihr Zyklotronradius jedoch etwa 50x kleiner ist (wiederum unter der Annahme des gleichen Mittelwerts) Energie, die nicht sicher ist, sich aber normalerweise nicht um den Faktor 50 unterscheidet). Jedes Mal, wenn ein Teilchen gegen ein anderes Teilchen stößt, krabbelt diese Impulsübertragung im Grunde genommen dahin, wo sich das Teilchen in seiner Zyklotronbahn befindet, was bedeutet, dass es mit jedem Stoß Cross-Field span schrittweise ausführen kann > um bis zu einem Zyklotronradius. Wenn der Zyklotronradius der Ionen im Vergleich zur Größe des Plasmas relativ groß ist, können die Ionen sehr schnell verloren gehen.

Der Haken dabei ist, dass Plasmen im Allgemeinen gerne quasi neutral . Das heißt, während die Ladungen getrennt sind, werden alle Ladungen im Plasma hochgezählt addiert sich immer noch zu Null (oder fast zu Null). Es ist möglich, nicht neutrale Plasmen herzustellen, aber ihre Verlustraten werden viel, viel größer, da der elektrostatische Druck schnell enorm wird. Wenn Sie mehr als einen sehr, sehr kleinen Teil der Elektronen aus einem Plasma entfernen, verlieren Sie aus diesem Grund Ionen (Rückruf auf das Bit über das schwebende Potential) !) um diesen elektrostatischen Druck zu entlasten; oder anders ausgedrückt: Je stärker das Plasma am positivsten geladen wird, desto stärker werden Ionen herausgedrückt und Elektronen ziehen sich zurück. Wie viel Sie ein Plasma auf diese Weise positiv aufladen können, hängt wirklich von Ihrem ab Beschränkungsschema.