Определение плазмы

foto1
foto1
foto1
foto1
foto1
Городской телефон: +7 (495) 453-53-21 Мобильный телефон: +7 (903) 577-36-67 ************************************************** Наш сайт посвящен всем аспектам тв ремонта: ремонт матриц, устранение неисправностей, диагностика и ремонт мониторов. На форуме любой сможет создать свою тему и получить не критику,а советы по ремонту.Советы так же может оставлять каждый пользователь........ Ваш Петрович!

Тв сервис

Петрович починит все!

Определение плазмы

Хотя плазма свободно описана как электрически нейтральная среда положительных и отрицательных частиц, более строгое определение требует три критерия, которые нужно удовлетворять:

  1. Плазменная аппроксимация: Заряженные частицы должны быть закрывать достаточно вместе, что каждая частица влияет много соседние заряженные частицы, а не просто взаимодействуя с ближайшей частицей (эти коллективные эффекты являются отличительной чертой плазмы). Плазменная аппроксимация - в силе когда количество электронов в пределах сферы тяготения (названное the Сфера Дебая чей радиус является the Длина Дебая (экранирования)) конкретной частицы большое. Среднее количество частиц в сфере Дебая дано плазменный параметр, ›.
  2. Насыпное взаимодействие: Дебай, отгораживающий длину (определенное над), короток по сравнению с физическим размером плазмы. Этот критерий означает, что взаимодействие в объеме плазмы более важное чем на своих краях, где граничные эффекты могут произойти.
  3. Плазменная частота: Электронная плазменная частота (измерение колебания в плазме электронов), большое по сравнению с электронной-нейтральной частотой соударений (измерительная частота столкновений между электронами и нейтральными частицами). Когда это условие - в силе, действие плазмы, чтобы экранировать расходы очень быстро (квазинейтралитет является другой определяющей собственностью плазмы).

Области плазменных параметров

Дипазон плазмы. Плотность возрастает вверх, температурное увеличение вправо. Свободные электроны в металле могут считаться электронной плазмой
Дипазон плазмы . Плотность возрастает вверх, температурное увеличение вправо. Свободные электроны в металле могут считаться электронной плазмой[8]

Плазменные параметры могут принять на величины, изменяющиеся много десятикратные множители, но свойства плазмы с очевидно непарными параметрами могут быть очень аналогичными (смотри плазменное масштабирование). Следующее диаграммы рассматривает только стандартную атомную плазму и не экзотические явления подобно кварк gluon плазма:

Типичные области плазменных параметров: десятикратные множители (OOM)
Характеристика Земная плазма Космическая плазма
Размер
в метрах
106 m (лаб. плазма), чтобы
102 m (молния) (~8 OOM)
106 m (ножны космического корабля), чтобы
1025 m (междугалактическая туманность) (~31 OOM)
Целая жизнь
в течение секунд
1012 s (изготовленная лазерная плазма), чтобы
107 s (флюоресцентное освещение) (~19 OOM)
101 s (солнечные вспышки), чтобы
1017 s (междугалактическая плазма) (~17 OOM)
Плотность
в частицах за
кубический метр
107 m-3 для
1032 m-3 (инерционная плазма ограждения)
100 (то есть., 1) m-3 (междугалактическая середина), чтобы
1030 m-3 (звездная сердцевина)
Температура
в кельвин
~0 0 (кристаллическая не-нейтральная плазма[9]), чтобы
108 0 (плазма ядерного синтеза с магнитным удержанием плазмы)
102 0 (аврора), чтобы
107 0 (солнечная сердцевина)
Магнитные поля
в teslas
104 T (Лаб. плазма), чтобы
103 T (Более импульсная-силовая плазма)
1012 T (МеждуГалактическая середина), чтобы
1011 T (Около нейтронных звезд)

Степень ионизации

Для плазмы, чтобы существовать, ионизация необходимо. Слово "плотности плазмы" самостоятельно обычно имеет отношение к the плотность электронов, то есть, количество за единицу объема свободных электронов. The степень ионизации плазмы - пропорция атомов, которые потеряли электроны (или приобретенное) и управляется по большей части температурой. Даже частично ионизированный газ в котором всего 1% частиц ионизированы, могут иметь характеристики плазмы (то есть. ответьте на магнитные поля и будьте очень электрически проводящими). Степень ионизации, ± определен как ± = nя/(nя + na) где nя - плотность числа ионов и na - плотность числа нейтральных атомов. The плотность электронов обусловливается этим средним состоянием платы <Z> ионов через ne=<Z> nя где ne - плотность числа электронов.

Температуры

Пламя свечи. Огонь часто отослан как низкая температурная частичная плазма, поскольку только небольшая пропорция газа ионизирована.
Пламя свечи. Огонь часто отослан как a низкая температура частичная плазма, поскольку только небольшая пропорция газа ионизирована.

Плазменная температура обычно измерена в кельвинах или electronvolts, и - (грубо говоря) мера термической кинетической энергии за частицу. В большинстве случаев электроны - закрывать достаточно, чтобы термическое равновесие эта их температура - сравнительно отчетливо выраженная, даже когда есть значимое отклонение из a Maxwellian энергия функция распределения, например из-за UV ИЗЛУЧЕНИЕ, частицы высокой энергии, или прочные электрические поля. Из-за большого различия в массе, электроны приходят в термодинамическое равновесие среди самих значительно быстрее чем они приходят в равновесие с ионами или нейтральными атомами. По этой причине the ионная температура может отличаться из the (обычно ниже, чем) электронная температура. Это особенно общее в слабо ионизировать технологической плазме, где ионы - часто около the наружная температура.

Основанное в относительных температурах электронов, ионов и нейтральная, плазма классифицирована как термический или не-термический. Термическая плазма имеет электроны и тяжелые частицы в той же температуре то есть. они - в термическом равновесии друг с другом. Не термическая плазма с другой стороны, имеет ионы и нейтральные в значительно более низкой температуре (нормально комнатной температуре) поскольку электроны значительно "горячы".

Регулирования температуры степень плазменной ионизации. В конкретном, плазменная ионизация определена the электронная температура относительно энергия ионизации (и более слабо плотностью) в соответствии с the Уравнение Saha. Плазма иногда именовалась горячий если это почти полностью ионизировано, или холод если только небольшая доля (например 1%) газовых молекул ионизированы (но другие определения условий горячая плазма и холодная плазма общие). Даже в плазме "холода" электронная температура - все еще обычно несколько тысяча Цельсия градусов. Плазма использованная в плазменная технология ("технологическая плазма"), - обычно холод в этом значении.

Потенциал

Молния является примером плазменного настоящего на Земной поверхности.  Обычно, 30,000 амперы искровых разрядов, в вплоть до 100 миллион вольт и выдает светлые, радио волны, рентгеновские лучи и даже гамма-лучи. Плазменные температуры в молнии могут достичь 28,000 кельвин и плотность электронов может превысить 1024/m3.
Молния - пример плазмы настоящей на Земной поверхности. Обычно, 30,000 амперы искровых разрядов, в вплоть до 100 миллион вольт и выдает светлые, радио волны, рентгеновские лучи и даже гамма-лучи.[10] Плазменные температуры в молнии могут достичь 28,000 кельвин и плотность электронов может превысить 1024/m3.

С тех пор как плазма является очень хорошими проводниками, электродный потенциал играется важную роль. Потенциал как это существует в среднем числе в пространстве между заряженными частицами, независимыми вопроса того как может быть измерено, названо the плазменный потенциал или the космический потенциал. Если электрод вставочный в плазму, потенциал обычно полежит значительно ниже плазменного потенциала из-за разработки a Ножны Дебая. Из-за хорошей электрической удельной электропроводности, электрические поля в плазме стремятся быть очень небольшим. Это заканчивается важным понятием квазинейтралитет, который сообщает, что это - та же хорошая аппроксимация, чтобы допускать что плотность отрицательных зарядов равняется плотности положительных зарядов над большими объемами плазмы, но на шкале длины Дебая может быть разный баланс. В специальном случае это двойные слои сформированы, разделение платы может расширить некоторые десятки длин Дебая.

Величина потенциала и электрических полей должна быть определена средствами кроме просто обнаруживать сеть плотность заряда. Общий пример должен допустить что электроны удовлетворяют the Отношение Boltzmann:

.

Дифференцирующее это отношение обеспечивает средства, чтобы вычислять электрическое поле из плотности:

.

Это является, конечно, возможно, чтобы производить плазму, которая не квазинейтральная. Электронный пучок, например, имеет только отрицательные заряды. Плотность не-нейтральной плазмы должна обычно быть очень низким уровнем, или это по-видимому очень небольшим, в противном случае это будет рассеено отталкивающим электростатическое усилие.

В астрофизической плазме Экранирование Дебая предохраняется электрическим полем, чтобы непосредственно влиять на плазму на больших расстояниях (т.е.. больше, чем Длина Дебая). Но существование заряженных частиц заставляет плазму, чтобы генерировать и быть поражен магнитные поля. Это может и вызывает чрезвычайно сложное поведение, как например, поколение плазменных двойных слоев, объект, который разделяет плату над несколькими десятками Длины Дебая. Динамика плазмы, взаимодействующей с внешним и само-сгенерированной магнитные поля изучаны в the университетская дисциплина magnetohydrodynamics.

Намагничивание

Плазма в которой магнитное поле - прочный достаточно, чтобы влиять говорят, что движение заряженных частиц будет намагничено. Общий количественный критерий - то, что частица в среднем числе завершает по крайней мере одно вращение вокруг магнитного поля перед получением столкновения (т.е.. Йce / Ѕcoденежныйденежный> 1 где Йce - "электронная круговая частота" и Ѕcoденежныйденежный - "электронная частота столкновений"). Это - часто случай, что электроны намагничены тогда как ионы - не. Намагниченная плазма анизотропный, означая, что их свойства в направлении параллельные в магнитном поле отличаться от тех перпендикулярных этому. Пока электрические поля в плазме обычно небольшие из-за высокой удельной электропроводности, электрическое поле связанное плазмой, перемещающейся в магнитное поле дано E = -v банкнота достоинством 10 долларов B (где E - электрическое поле, v - скорость, и B - магнитное поле), и не поражено Защита Дебая.[11]

Сравнение плазменных и газовых фаз

Плазма часто названа the плазма. Это четкое из другой более низкой-энергии состояния материала; наиболее общий твердое тело, жидкость, и газ, хотя это - тесно имело отношение к газу постепенно вводить, который это также не имеет определенную форму или объем. Физики рассматривают, что плазма побудет более, чем газом из-за множества четких свойств включая следующее:

Собственность Газ Плазма
Электрическая Удельная электропроводность Очень низкий уровень
Воздух является отличным изолятором пока он не сломает в плазму в силах электрического поля над 30 киловольтами за сантиметр.
Обычно очень высоко
Для многих целей .Jчемjтем удельная электропроводность плазмы может быть рассмотрено как бесконечное.
Независимо исполнение вида Один
Все газовые частицы ведут себя в аналогичном пути, под влиянием тяжести и столкновения друг с другом
Два или три
Электроны, ионы, и нейтральные может быть различено признаком их плата чтобы они вели себя независимо во многих обстоятельствах, с другими суммарными скоростями и температурами, допускающими явления как например, новые типы волны и нестабильность
Распределение Скорости Maxwellian
Столкновения обычно ведут к распределению скорости Maxwellian всех газовых частиц, с лишь некоторыми сравнительно быстрыми частицами.
Часто не-Maxwellian
Взаимодействие Collisional часто слабо в горячей плазме, и внешняя сила может управлять плазмой далеко из локального равновесия и вести к значимому населению необыкновенно быстрых частиц.
Взаимодействие Двоичный код
Двух частица столкновения - правила, трех воплощать столкновения чрезвычайно редкие.
Коллектив
Волны, или organised движение плазмы, очень важное поскольку частицы могут взаимодействовать в широких диапазонах через электрическую и магнитную силы.

Сложные плазменные явления

Остаток Сверх новой звезды Tycho's, огромный шар расширяющейся плазмы. Синяя внешняя оболочка возникает из Излучения в диапазоне рентгеновских лучей высокоскоростными электронами.

Остаток Сверх новой звезды Tycho's, огромный шар расширяющейся плазмы. Синяя внешняя оболочка возникает из излучения в диапазоне рентгеновских лучей высокоскоростными электронами.

Хотя основные уравнения, управляющие плазмой являются сравнительно простым, плазменным поведением чрезвычайно изменен и тонкий: возникновение неожиданного поведения из простой модели - типичная характеристика a сложная система. Такие системы лежат в некотором значении на границе между заказанным и disordered поведением, и не могут обычно описаны также простыми, плавными, математическими функциями, или чистой произвольностью. Спонтанное образование интересных пространственных характеристик в большем разнообразии длины весов - одно проявление плазменной сложности. Характеристики интересные, например, поскольку они - очень остры, пространственно нерегулярные ( расстояние между характеристиками - значительно больше чем сами характеристики), или имеет a рекурсивный форма. Многие эти характеристики сначала были изучаны в лаборатории, и впоследствии распознаны для всей вселенной. Примеры сложности и сложных структур в плазме включают:

Образование нитей

Бороздчатость или вещи "волокнистый",[12] виденное во многой плазме, подобно плазменному шару (образ выше), .Jчемjтем аврора,[13] молния ,[14] электрические дуги , солнечные вспышки,[15] и остатки сверх новой звезды[16] Они иногда связаны большей плотностью тока и также названы магнитная веревка.[17] (Смотри также Плазменное повышение)

Потрясения или двойные слои

Узкие листы с острыми градиентами, как например, потрясения или двойные слои какая поддержка быстрых изменений в плазменных свойствах. Двойные слои включите localised разделение платы, которое вызывает большую разность потенциалов через слой, но не генерирует электрическое поле за пределами слоя. Удвойте отдельные смежные плазменные регионы слоев с другими физическими характеристиками и часто обнаружены на токе, несущем плазму. Они ускоряют как ионы так и электроны.

Схемы и Электрических полей

Квазинейтралитет плазмы требует, чтобы плазменные токи закрывались сами в электрических цепях. Такие цепи следуют Законы цепи Kirchhoff's, и обладайте a сопротивление и индуктивность. Эти цепи должны обычно рассмотрены как сильно сопряженная система, с поведением в каждом плазменном регионе зависимом от целой цепи. Это - это сильное взаимодействие между системными элементами, вместе с нелинейностью, которые могут провести к сложному поведению. Электрические цепи в плазме хранят inductive энергию (магнитная), и если цепь будет нарушена, например, плазменной нестабильностью, энергия inductive будет выпущена как плазменный нагрев и ускорение. Это - общее объяснение для нагрева, который происходит в корона солнца. Электрические тока, и на конкретных, магнитный выровненных электрических токах области (который иногда вообще именовался Тока Birkeland), также понаблюданы на Земной авроре, и в плазменных волокнах.

Клеточная структура

Узкие листы с острыми градиентами могут разделить регионы с другими свойствами как например, намагничивание, плотность, и температура, заканчивающиеся регионами наподобие ячейки. Примеры включают the магнитосфера, heliosphere, и heliospheric текущий лист. Hannes Alfvйn Писал: "Из cosmological точки зрения, наиболее важное новое исследование космического пространства открытия является вероятно клеточной структурой пространства. Так как видно, в каждом регионе пространства, которое доступно в = размерах, есть множество 'оболочек клетки', листы электрических токов, которые делят пространство в отделения с другим намагничиванием, температурой, плотностью, и т.п.."[18]

Критическая скорость ионизации

Критическая скорость ионизации - относительная скорость между (намагниченный) ионизировавшее плазму и нейтральный газ выше, который бежавший процесс ионизации происходит. Критический процесс ионизации является совсем общим механизмом для преобразования кинетической энергии быстро бегущего газа в ионизацию и плазменную тепловую энергию. Критический phemonema в общих чертах характерные для сложных систем, и может провести к острым пространственным или временным характеристикам.

УльтраСтарая плазма

Возможно должно создать ультрастарую плазму, используя лазеры, чтобы перехватывать и охлаждать нейтральные атомы в температуры 1 mK или уменьшать. Другой лазер затем ионизирует атомы давая каждые самые крайние электроны точной достаточно энергии, чтобы избегать электрического притяжения своего родительского иона.

Ключевая точка о ультрастарой плазме -, что манипулируя атомами с лазерами, кинетическая энергия высвобожденных электронов может управляться. Использование стандартных импульсных лазеров, энергия электрона могут быть сделаны, чтобы переписываться в температуру такой же низкий как 0.1 0,­ предел был установлен частотной шириной полосы частот лазерного импульса. Ионы, тем не менее, сохраняют температуры millikelvin нейтральных атомов. Этот тип не-ультрастарой плазмы равновесия развивается быстро, и много фундаментальные вопросы о своем поведении остаются безответными. Проведенные Эксперименты пока обнаружили удивлять динамики и поведения рекомбинации, которые выталкивают пределы нашего знания физики плазмы.{{факт))

Не-нейтральная плазма

Сила и дипазон электрической силы и хорошая удельная электропроводность плазмы обычно гарантируют, что плотность положительных и отрицательных зарядов в любом значительном регионе равная ("квазинейтралитет"). Плазма, которая имеет значимый избыток плотности заряда или то есть, в крайнем случае, спокойном только единственного вида, назван не-нейтральная плазма. В такой плазме, электрические поля играются доминирующую роль. Примеры заряжены лучи частицы, электронное облако в a Ловушка Каменного основания дорожного покрытия, и плазма позитрона.[19]

Пыльная плазменная и плазма зерна

A пыльная плазма - один содержа небольшие заряженные частицы пыли (обычно обнаруженное в пространстве), что также ведется себя подобно плазме. Плазма, содержащая большие частицы названа плазма зерна.

Математические описания

Комплекс само-сжимающий линии магнитного поля и текущих путей на выровненном токе области Birkeland, который может работать в плазме
Комплекс само-сжимающий линии магнитного поля и текущих путей в выровненной области Ток Birkeland это может работать в плазме[20]
Основная статья: Плазменное моделирование

Для того, чтобы полностью описывать состояние плазмы, мы должны зарегистрировать все позиции частицы и скоростей, и опишите электромагнитное поле в плазменном регионе. Тем не менее, это - обычно не практическое или необходимое следить всех частиц в плазме. Следовательно, плазменные физики обычно используют менее подробные описания узнанные как модели, из которых есть два основных типа:

Жидкая модель

Жидкие модели описывают плазму с точки зрения гладкий количества подобно плотность и усреднявшую скорость вокруг каждой позиции (смотри Плазменные параметры). Один простая жидкая модель, magnetohydrodynamics, рассматривает плазму как единственную жидкость управлял комбинацией Максвелла Уравнения и Уравнения Стокса Navier. Более общее описание является двух жидким изображением, где ионы и электроны описываются отдельно. Жидкие модели часто точные когда collisionality достаточно высокий, чтобы держать плазменное распределение скорости близкое к a РАСПРЕДЕЛЕНИЕ Maxwell-Boltzmann. Поскольку жидкие модели обычно описывают плазму с точки зрения единственного потока в определенной температуре в каждой пространственной позиции, они могут никакое поле скоростей структур сбора подобно лучам или двойные слои ни решите волновая частица эффектов.

Кинетическая модель

Кинетические модели описывают функцию распределения скорости частицы в каждой точке в плазме, и следовательно не нужно принимать a РАСПРЕДЕЛЕНИЕ Maxwell-Boltzmann. Кинетическое описание часто необходимо для collisionless плазмы. Есть два общих метода в кинетическое описание плазмы. Один основан на представляющем гладкая функция распределения в сетке в скорости и позиции. Другое, узнанное как частица-в-ячейке ТЕХНИКА (PIC), включает кинетическую информацию следуя за траекториями много индивидуальных частиц. Кинетические модели обычно более в вычислительном отношении интенсивные чем жидкость моделируется. The Уравнение Власова может быть использовано, чтобы описывать как система частиц развивается в окружающем поле электромагнитного излучения.

Области активного исследования

Маневровый двигатель эффекта Холла. Электрическое поле в плазменном двойном слое такое эффективное в ускоряющих ионах, что электрические поля использованы в ионных движителях
Маневровый двигатель эффекта Холла . Электрическое поле в плазме двойной слой такое эффективное в ускоряющих ионах, что электрические поля использованы в ионные двигатели

Яндекс.Метрика

2019 Copyright Ремонт тв и замена восстановление матриц Rights Reserved