Plasman fysiikka. Plasmafysiikan perusteet

Aika, jolloin plasma liittyi johonkin epärealiseen, käsittämätöntä, fantastista, on kulunut jo kauan. Nykyään tätä konseptia käytetään aktiivisesti. Plasmaa käytetään teollisuudessa. Suurin osa valaistustekniikan käytöstä. Esimerkiksi kaasupurkauslamppuja, jotka valaisevat kaduilla. Mutta loistelampuissa se on läsnä. Se on myös sähköhitsauksessa. Loppujen lopuksi hitsauskaari on plasmatronin tuottama plasma. On monia muita esimerkkejä.

Plasmafysiikka on tärkeä tieteenala. Siksi on ymmärrettävä siihen liittyvät peruskäsitteet. Meidän artikkeli on omistettu tähän.

Plasman määritelmä ja tyypit

Mikä on plasma? Fysiikan määritelmä on melko selvä. Plasmaa viitataan aineen tilaan, kun jälkimmäisessä on huomattava (suhteessa hiukkasten kokonaismäärään) varattujen hiukkasten (kantajat) lukumäärä, jotka pystyvät liikkumaan enemmän tai vähemmän vapaasti aineen sisällä. Voidaan erottaa seuraavat fysiikan plasmatyypit. Jos kantolaitteet kuuluvat jonkinlaisiin hiukkasiin (ja vastakkaisen latausmerkin hiukkaset, jotka neutralisoi- vat järjestelmän, ei ole liikkumisvapautta), sitä kutsutaan yksiosaksi. Päinvastaisessa tapauksessa se on - kaksi tai monikomponentti.

Plasman ominaisuudet

Niinpä kuvattu lyhyesti plasman käsite. Fysiikka on tarkka tiede, joten et voi tehdä ilman määritelmiä. Seuraavaksi kuvataan tämän aineen tilan pääpiirteet.

Plasman ominaisuudet fysiikassa ovat seuraavat. Ensinnäkin tässä tilassa jo pienien sähkömagneettisten voimien vaikutuksesta on liikettä, joka kulkee tällä tavalla ja kunnes nämä voimat häviävät lähteidensa läpi. Siksi plasmassa lopulta muuttuu tilaksi, kun se on kvasiini. Toisin sanoen sen volyymit, joilla on suuri mikroskooppinen suuruus, eivät ole maksullisia. Plasman toinen ominaisuus liittyy Coulombin ja Ampere-voimien pitkän kantaman luonteeseen. Se koostuu siitä, että tässä tilanteessa olevat liikkeet ovat pääsääntöisesti kollektiivisia, ja niihin liittyy suuri määrä ladattuja hiukkasia. Nämä ovat fysikaalisen plasman perusominaisuuksia. Olisi hyvä muistaa ne.

Molemmat piirteet johtavat siihen, että plasman fysiikka on poikkeuksellisen rikas ja monipuolinen. Sen kirkkain ilmentymä on helppous, jolla syntyy erilaisia epävakaisuuksia. Ne ovat vakava este, joka vaikeuttaa plasman käytännön soveltamista. Fysiikka on tieteen, joka kehittyy jatkuvasti. Siksi voimme toivoa, että nämä esteet poistetaan ajan myötä.

Plasma nesteissä

Konkreettisiin rakennemuotojen esimerkkeihin ryhdymme aluksi tarkastelemalla plasman osajärjestelmiä tiivistetyissä aineissa. Nesteiden joukossa on nimettävä ensin nestemäiset metallit - esimerkki, johon plasma-alijärjestelmä vastaa - yhden komponentin kantoaaltoproteiini-plasmaa. Tarkkaan ottaen kiinnostuksen luokkaan tulisi sisällyttää nestemäisiä elektrolyyttejä, joissa on kummankin merkin kantoaaltoja. Eri syistä elektrolyyttejä ei kuitenkaan pidetä tässä luokassa. Yksi niistä on, että elektrolyytissä ei ole valoa, liikkuvia kantajia, kuten elektronit. Siksi plasman edellä mainitut ominaisuudet ovat huomattavasti harvinaisempia.

Plasma kiteissä

Plasmassa kiteissä on erityinen nimi - kiinteän tilan plasmaa. Ionisissa kiteissä, vaikka onkin maksuja, mutta ne eivät ole paikallaan. Siksi plasmaa ei ole olemassa. Metalleissa kuitenkin nämä ovat johtavat elektronit, jotka muodostavat yksikomponenttisen plasman. Sen maksua kompensoivat immobile-ionien varaukset (tarkemmin sanottuna, eivät kykene siirtymään pitkiä matkoja).

Plasma puolijohteissa

Plasmagetiikan perusasiat huomioon ottaen on huomattava, että puolijohteissa tilanne on monipuolisempi. Lyhyt kuvaus siitä. Näihin aineisiin voi syntyä yksi komponenttinen plasmaa, jos niihin lisätään epäpuhtauksia. Jos epäpuhtaudet luovuttavat helposti elektronit (luovuttajat), n-tyyppisten elektronien kantajat tulevat näkyviin. Jos epäpuhtaudet puolestaan helposti valitsevat elektroneja (akseptoreita), niin p-tyyppiset kantajat - reiät (tyhjät paikat elektronijakaumassa), jotka käyttäytyvät kuten positiivisen varauksen omaavat hiukkaset, ilmestyvät. Kaksikomponenttinen plasmi, joka muodostuu elektronien ja reikien kautta, esiintyy puolijohteissa yksinkertaisemmalla tavalla. Esimerkiksi se näkyy valopumpun vaikutuksen alla, joka lähettää elektroneja valenssikaistasta johtosekkeeseen. Huomautamme, että tietyissä olosuhteissa toisiinsa vetäytyneet elektronit ja reiät voivat muodostaa sidotun tilan, joka on samanlainen kuin vetyatomi, exciton ja jos pumppu on voimakas ja eksitonien tiheys on suuri, ne yhdistyvät yhteen ja muodostavat pisaran elektronin reikäisen nesteen. Joskus tätä tilaa pidetään uutena tilana.

Kaasun ionisointi

Nämä esimerkit liittyvät plasman tilan erityisiin tapauksiin, ja puhtaassa muodossa olevaa plasmaa kutsutaan ionisoituneeksi kaasuksi. Monien tekijöiden seurauksena voi olla ionisaatio: sähkökenttä (kaasupurkaus, ukkosmyrsky), valovirta (fotoionisaatio), nopeat hiukkaset (radioaktiivisten lähteiden säteily, kosmiset säteet, jotka havaittiin yhä korkeammilla ionisaatioilla korkeudella). Tärkein tekijä on kuitenkin kaasun lämmitys (terminen ionisaatio). Tässä tapauksessa elektronin irrottami- seksi atomista toinen kaasupartikkeli, jolla on riittävä kineettinen energia korkean lämpötilan vuoksi, törmää jälkimmäiseen.

Korkean lämpötilan ja matalan lämpötilan plasmassa

Alhainen lämpötila fysiikka on mitä me kosketamme lähes joka päivä. Esimerkkejä tällaisesta tilasta voivat toimia liekki, kaasun purkauksen ja salaman aine, erilaisia kylmää kosmista plasmaa (planeetan ja tähtien ionosfääri ja magnetosfääri), erilaisten teknisten laitteiden (MHD-generaattorit, plasma-moottorit, polttimet jne.) Työskentelevä aine. . Esimerkkejä korkean lämpötilan plasmasta ovat tähtien asiat kaikissa kehitysvaiheissa, lukuun ottamatta varhaislapsuutta ja vanhuutta, valvottavien termonukleaaristen fuusioiden laitoksissa työskentelevää ainetta (tokamaksit, laserlaitteet, palkkilaitteet jne.).

Neljäs tilan tila

Vuosisata ja puoli sitten monet fyysikot ja kemistit uskoivat, että aine koostuu vain molekyyleistä ja atomeista. Ne yhdistetään yhdistelmänä joko täysin järjestämättömänä tai enemmän tai vähemmän järjestyksessä. Uskottiin, että on olemassa kolme vaihetta - kaasumaista, nestemäistä ja kiinteää. Aineet ottavat ne ulkoisten olosuhteiden vaikutuksesta.

Nykyään kuitenkin voidaan sanoa, että on olemassa neljä tilan tilaa. Plasmaa voidaan pitää uutena, neljänneksi. Sen eroa kondensoituneista (kiinteistä ja nestemäisistä) tiloista on se, että sillä ei ole vain leikkausvoimakkuutta, vaan myös kiinteää sisäistä tilavuutta. Toisaalta plasmi liittyy kondensoituneeseen tilaan lyhytaikaisen järjestyksen läsnäololla, toisin sanoen pisteiden korrelaation ja partikkelien koostumuksen kanssa tietyn plasmasumman vieressä. Tässä tapauksessa tällaista korrelaatiota ei synny välimuotoisilla voimilla, vaan Coulombin voimilla: tämä varaus torjuu samaa nimeä ja houkuttelee vastaavia maksuja.

Plasman fysiikkaa tarkasteltiin lyhyesti. Tämä aihe on melko laaja, joten voimme vain sanoa, että olemme löytäneet sen perustan. Plasman fysiikka varmasti ansaitsee vielä harkita.