Plasmafysikk. Fundamentals of Plasma Physics

De tider da plasma forbundet med oss med noe uvirkelig, uforståelig, fantastisk, er for lengst borte. I dag er dette konseptet er mye brukt. Plasmaet som benyttes i industrien. Den mest ambisiøse av bruken i lysteknologi. Eksempel - gassutladningslamper, belyse gaten. Men i lysrør er til stede. Det er også i sveising. Etter at lysbuen - er plasma som genereres av plasmabrenneren. Man kan sitere mange andre eksempler.

Plasma Physics - er en viktig gren av vitenskapen. Derfor er det nødvendig å forstå de grunnleggende begreper knyttet til det. Dette er gjenstand for vår artikkel.

Definisjon og plasmatypene

Hva er plasma? Bestemmelse i fysikk er gitt helt klart. Plasma blir kalt en tilstand av materiale, hvor sistnevnte har en signifikant (i samsvar med det totale antall partikler), antallet av ladede partikler (bærer) er i stand til mer eller mindre frie til å bevege seg inne i stoffet. Vi kan skille mellom følgende hovedtyper av plasmafysikk. Dersom bærere hører til partiklene av en type (og av motsatt fortegn av ladningspartikler, nøytralisering av systemet ikke har bevegelsesfrihet), kalles det enkelt komponent. I det motsatte tilfelle er det - to- eller flerkomponent.

plasma funksjoner

Så vil vi kort beskrive konseptet med en plasma. Fysikk - en eksakt vitenskap, så uten definisjoner ikke kan gjøre. Nå forteller om hovedtrekkene i denne tilstanden av saken.

egenskaper av plasma i disse fysikk. Først av alt, i denne tilstand under påvirkning av elektromagnetiske krefter som allerede er liten, det er bevegelse av kjøretøyer - strømmen som flyter på en slik måte og så lenge disse kreftene ikke vil forsvinne på grunn av screening av deres kilder. Derfor går plasmaet til slutt inn i en tilstand hvor det er kvasi-nøytral. Med andre ord, dens volum, en stor mengde mikroskopiske, har null ladning. Den andre funksjonen til plasmaet er relatert til den langtrekkende naturen av Coulomb og Ampere styrker. Den består i det faktum at bevegelsen i denne tilstand, som regel har en kollektiv art, som involverer et stort antall av ladede partikler. Disse er de grunnleggende egenskapene til plasmafysikk. De ville være nyttig å huske.

Begge disse funksjonene føre til at plasmafysikk usedvanlig rikt og mangfoldig. Det mest slående manifestasjon av det er den enkle forekomst av ulike typer ustabiliteter. De er alvorlige hindringer for den praktiske anvendelsen av plasma. Fysikk - vitenskapen som er i stadig utvikling. Derfor er det å håpe at i tiden disse hindringene vil bli eliminert.

Plasma i væsker

Slå til det spesielle eksempel av strukturen, starter vi med å vurdere plasma delsystemer i kondensert materiale. Ytterligere væske skulle primært kalt flytende metaller - et eksempel, noe som tilsvarer plasma delsystemet - En-komponent-bæreplasma elektroner. Strengt tatt er vi interessert i kategorien bør tilskrives, og en flytende elektrolytt, som er bærere - ioner av begge skilt. Men av ulike grunner, elektrolytter ikke tilhører denne kategorien. En av dem består i det faktum at i elektrolytten ikke lys, bevegelige bærere slik som elektroner. Derfor er plasmaovennevnte egenskaper uttrykt betydelig svakere.

plasma krystaller

Plasma i krystallene har en spesiell navn - solid-state plasma. I ioniske krystaller, selv om det er kostnader, men de er fortsatt. Derfor er det ingen plasma. I metaller - er elektroner ledningsevne som utgjør den ene komponent-plasma. Hennes ladning er kompensert av den faste ladning (mer presist, ute av stand til å bevege seg over lange avstander) ioner.

Plasma i halvledere

Tatt i betraktning de grunnleggende av plasmafysikk, bør det bemerkes at i halvledere situasjonen er mer mangfoldig. Kort karakterisere det. OCP for disse stoffene kan oppstå hvis du skriver dem i de relevante urenheter. Hvis det med forurensningen lett å donere elektroner (donorer), så er n-typebærere - elektroner. Når urenheten, i motsetning, lett samles elektroner (akseptorer), så er p-typebærere - hull (tomrom i fordelingen av elektroner), som oppfører seg som partikler med en positiv ladning. Den to-komponent plasma dannes ved elektroner og hull forekommer i halvledere enda enklere måte. For eksempel, den kommer under påvirkning av pumpelyset, bombardert med elektroner fra valensbåndet til ledningsbåndet. Legg merke til at under visse betingelser, elektroner og hull er tiltrukket av hverandre, kan det dannes en bundet tilstand, i likhet med den hydrogenatom, - en exciton, og dersom pumpen intensitet og tetthet av excitons er stor, de blandes sammen for å danne en dråpe av elektron-hull væske. Noen ganger denne tilstanden regnes som en ny tilstand av materie.

gass ionisering

Disse eksemplene refererer til spesifikke tilfeller av plasmatilstanden og plasma i ren form kalles ionisert gass. Ved sin ionisering kan forårsake mange faktorer: det elektriske feltet (gassutladningen, et tordenvær), den lysstrøm (photoionization), fast partikkel (stråling fra radioaktive kilder, kosmisk stråling, som har blitt åpnet og stigende grad av ionisering av høyden). Imidlertid er den viktigste faktor oppvarming av gass (termisk ionisering). I dette tilfelle, separering av elektroner fra atom ledningene kolliderer med andre gasspartikler sistnevnte har tilstrekkelig kinetisk energi på grunn av høy temperatur.

Høy temperatur og lav temperatur plasma

Lav temperatur plasma fysikk - noe som vi kommer i kontakt hver dag. Eksempler på slike tilstander kan være en flamme, stoffet i gassutladnings og lyn, forskjellige typer av kald plasma plass (ionosfæren og magneto planeter og stjerner), arbeidsstoffet i de forskjellige tekniske innretninger (MHD generatorer, plasma motorer, brennere, og så videre. N.) . Eksempler på varm plasma - (. Tokamak, laseranordningen, og stråleapparat al) stjerne materiale i alle faser av deres utvikling, bortsett fra tidlig barndom og alderdom, arbeidsfluid i systemer med regulert kjernefusjon.

Fjerde tilstand av materie

Et halvt århundre siden, mange fysikere og kjemikere mente at saken består av atomer og molekyler. De er forent i kombinasjon med enten svært uordnede eller mer eller mindre bestilt. Det ble antatt at det finnes tre faser - gass, væske og faststoff. Stoffer som tar dem under påvirkning av ytre forhold.

Foreløpig er imidlertid, kan vi si at det er 4 tilstander av materie. At plasma kan betraktes som en ny, fjerde. Dens forskjell fra den kondens (faststoff og væske) angir, består i det faktum at det, ettersom gassen har ikke bare den skjær elastisitet, men også faste eget volum. På den annen side, i likhet med plasma kondensert tilstand nærvær av kortrekkende orden, dvs. E. korrelasjonsposisjoner og sammensetningen av partiklene med nabo plasma ladning. I dette tilfellet er en slik sammenheng ikke er generert av inter og Coulomb styrker: lade skyver bort samme navn med seg selv og trekker i motsetning kostnader.

plasmafysikk ble oss kort gjennomgått. Dette emnet er ganske tung, så vi kan bare snakke om hva vi har avdekket sine grunnvoller. plasmafysikk, absolutt fortjener videre behandling.