Агрегатні стани речовини плазма

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Агрегатні перебуваючи н ия в ещества.

Агрегатні Перебуваючи н ия в ещества, стану однієї й тієї ж речовини, переходи між якими супроводжуються стрибкоподібним та з мен е ням е го вільної енерг і і, ентропії і, пліт н ост і та інших фізичних властивостей. Всі
речовини (за н еякі і сключ е ні е м) можуть існувати в трьох агрегатних станах - твердому, рідкому і газоподібному. Так, вода пр і нормальному тиску p = 1 0 l 325 Па = 760 мм ртутного стовпа і при тем пературі t = 00 С. кристалізується в лід, а п ри 100 ° С кипить і перетворюється на пару. Ч е твертим агрегатним перебуваючи н ием речовини часто вважають плазму. У отлич і е від інших агрегатних перебуваючи н ий речовини плазма є газ заряджених частинок (іонів, електронів), які електрично взаємо діють один з одним на великих відстанях.

Що таке плазма?

ПЛАЗМА - частково або повністю іонізований газ, в якому щільності позитивних і негативних зарядів практично однакові. У лабораторних умовах плазма утворюється в електричному розряді в газі, в процесах горіння і вибуху. Термін "плазма" у фізиці був введений в 1929 американськими вченими І. Ленгмюром і Л. Тонксом. Речовина, розігріте до температури в сотні тисяч і мільйони градусів, вже не може складатися із звичайних нейтральних атомів. При таких високих температурах атоми стикаються один з одним з такою силою, що не можуть зберегтися в цілісності. При ударі атоми поділяються на більш дрібні складові - атомні ядра й електрони. Ці частинки наділені електричними зарядами: електрони - негативним, а ядра - позитивним. Суміш цих частинок, звана плазма представляє собою своєрідний стан речовини, яка дуже сильно відрізняється від відносно холодного газу за властивостями. Під плазмою у фізиці розуміють газ, що складається з електрично заряджених і нейтральних частинок, в якому сумарний електричний заряд дорівнює нулю, тобто, виконана умова квазінейтральності. Середні кінетичні енергії різних типів частинок, що складають плазму, можуть бути різними. Тому в загальному випадку плазму характеризують не одним значенням температури, а кількома - розрізняють електронну температуру Т е, іонну температуру Т i і температуру нейтральних атомів Т а. Плазму з іонною температурою Т i <10 5 К називають низькотемпературної, а з Т i> 10 6 К - високотемпературної. Високотемпературна плазма є основним об'єктом дослідження з УТС. Низькотемпературна плазма знаходить застосування в газорозрядних джерелах світла, газових лазерах.

Кілька властивостей плазми.

  • Ступінь іонізації

Ступінь іонізації визначається як відношення числа іонізованних часток до загального числа частинок. Для низькотемпературних плазм характерні малі ступеня іонізації (<1%). Так як такі плазми досить часто вживаються в плазмових технологіях їх іноді називають технологічними плазмами. Найчастіше їх створюють за допомогою електричних полів, які прискорюють електрони, які в свою чергу ионизуют атоми. Електричні поля вводяться в газ за допомогою індуктивного або ємнісний зв'язку. Типові застосування низькотемпературних плазм включають плазмову модифікацію властивостей поверхні, плазмове травлення поверхонь (напівпровідникова промисловість), очищення газів і рідин (озонування води і спалювання частинок сажі в дизельних двигунах). Гарячі плазми крові майже завжди повністю ионизована (ступінь іонізації ~ 100%). Зазвичай саме вони розуміються під «четвертим агрегатним станом речовини». Прикладом може служити Сонце.



  • Щільність

Крім температури, яка має фундаментальну важливість для самого існування плазми, другим найбільш важливою властивістю плазми є щільність. Слово щільність плазми зазвичай позначає щільність електронів, тобто число вільних електронів в одиниці об'єму (строго кажучи, тут, щільністю називають концентрацію - не масу одиниці об'єму, а число часток в одиниці об'єму). Щільність іонів пов'язана з нею за допомогою середнього зарядового числа іонів. Наступною важливою величиною є щільність нейтральних атомів n 0. У гарячій плазмі n 0 мала, але може проте бути важливою для фізики процесів в плазмі.

  • Квазінейтральності

Так як плазма є дуже добрим провідником, електричні властивості мають важливе значення. Потенціалом плазми або потенціалом простору називають середнє значення електричного потенціалу в даній точці простору. У разі якщо в плазму внесено яке-небудь тіло, його потенціал у загальному випадку буде менше потенціалу плазми внаслідок виникнення дебаєвсьного шару. Такий потенціал називають плаваючим потенціалом. Унаслідок хорошою електричної провідності плазма прагне екранувати всі електричні поля. Це призводить до явища квазінейтральності - щільність негативних зарядів з хорошою точністю дорівнює щільності позитивних зарядів. У силу гарної електричної провідності плазми поділ позитивних і негативних зарядів неможливо на відстанях великих Радіус Дебая і часи великих періоду плазмових колебаній.Прімером неквазінейтральной плазми є пучок електронів. Однак щільність не-нейтральних плазм повинна бути дуже мала, інакше вони швидко розпадуться за рахунок кулонівського відштовхування.



Отримання плазми.

Щоб перевести газ в стан плазми, потрібно відірвати хоча б частину електронів від атомів, перетворивши ці атоми в іони. Такий відрив від атомів називають іонізацією. У природі й техніці іонізація може проводитися різними шляхами. Найпоширеніші з них:

  • Іонізація тепловою енергією

  • Іонізація електричним розрядом.

  • Іонізація тиском.

  • Іонізація лазерним випромінюванням.

Використання плазми.

Найбільш широко плазма застосовується в світлотехніці - в газорозрядних лампах, які висвітлюють вулиці. Гуляючи ввечері по вулицях міста, ми милуємося світловими рекламами, не думаючи про те, що в них світиться неонова або Аргонова плазма. Користуємося лампами денного світла. Кожен, хто мав «задоволення» влаштувати в електричній мережі коротке замикання, зустрічався з плазмою. Іскра, яка проскакує між проводами, складається з плазми електричного розряду в повітрі. Дуга електричного зварювання теж плазма. Будь-яка речовина, нагріте до достатньо високої температури, переходить в стан плазми. Легше за все це відбувається з парами лужних металів, таких, як натрій, калій, цезій. Звичайне полум'я володіє деякою теплопровідністю; воно, хоча і в малій мірі, ионизировано, тобто є плазмою. Причина цієї провідності - незначна домішка натрію, який можна розпізнати по жовтому світінню. Для повної іонізації газу потрібна температура в десятки тисяч градусів. Крім того, плазма застосовується в самих різних газорозрядних приладах: випрямлячах електричного струму, стабілізаторах напруги, плазмових підсилювачах і генераторах надвисоких частот (НВЧ), лічильниках космічних частинок. Усі так звані газові лазери (гелій-неоновий, криптонових, на диоксиде вуглецю і т. п.) насправді плазмові: газові суміші в них ионизована електричним розрядом. Властивостями, характерними для плазми, мають електрони провідності в металі (іони, жорстко закріплені в кристалічній решітці, нейтралізують їх заряди), сукупність вільних електронів і рухливих «дірок» (вакансій) в напівпровідниках. Тому такі системи називають плазмою твердих тіл. Газову плазму прийнято розділяти на низькотемпературну - до 100 тис. градусів і високотемпературну - До 100 млн градусів. Існують генератори низькотемпературної плазми - плазмотрони, в яких використовується електрична дуга. За допомогою плазмотрона можна нагріти майже будь-який газ до 7000-10000 градусів за соті і тисячні частки секунди. Зі створенням плазмотрона виникла нова галузь науки - плазмова хімія: багато хімічні реакції прискорюються або йдуть тільки в плазмовій струмені. Плазмотрони застосовуються і в гірничо-рудної промисловості, і для різання металів. Створені також плазмові двигуни, магнітогідродинамічних електростанції. Розробляються різні схеми плазмового прискорення заряджених частинок. Центральним завданням фізики плазми є проблема керованого термоядерного синтезу. Термоядерними називають реакції синтезу більш важких ядер з ядер легких елементів (в першу чергу ізотопів водню - дейтерію D і тритію Т), які відбуваються при дуже високих температурах. У природних умовах термоядерні реакції відбуваються на Сонці: ядра водню з'єднуються один з одним, утворюючи ядра гелію, при цьому виділяється значна кількість енергії. Штучна реакція термоядерного синтезу була здійснена у водневій бомбі.

Плазма як негативне явище.

Існують випадки, коли доводиться враховувати плазму, як явище, якого потрібно уникнути. Це виникнення плазмової дуги при комутаційних і перехідних процесах. Наприклад, при відключенні лінії електропередачі у вимикачі між контактами виникає дуга, яка повинна бути погашена як можна швидше.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Фізика та енергетика | Доповідь
26кб. | скачати


Схожі роботи:
Плазма четвертий стан речовини
Екстремальні стани речовини
Способи спостереження Агрегатні індекси які застосовуються правовою статистикою
Плазма крові та її склад
Індуктивно-пов`язана плазма
Кров Плазма Формені елементи крові
Алергічні стани
Термінальні стани
Термінальні стани
© Усі права захищені
написати до нас