Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...
Топ:
Эволюция кровеносной системы позвоночных животных: Биологическая эволюция – необратимый процесс исторического развития живой природы...
Основы обеспечения единства измерений: Обеспечение единства измерений - деятельность метрологических служб, направленная на достижение...
Интересное:
Уполаживание и террасирование склонов: Если глубина оврага более 5 м необходимо устройство берм. Варианты использования оврагов для градостроительных целей...
Отражение на счетах бухгалтерского учета процесса приобретения: Процесс заготовления представляет систему экономических событий, включающих приобретение организацией у поставщиков сырья...
Что нужно делать при лейкемии: Прежде всего, необходимо выяснить, не страдаете ли вы каким-либо душевным недугом...
Дисциплины:
2022-12-30 | 26 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Данное выше определение плазмы является неточным. Дело в том, что не всякий ионизованный газ представляет собой плазму. Удовлетворительным определением плазмы является следующее: плазма - это квазинейтральный газ, состоящий из заряженных и нейтральных частиц, который проявляет коллективные свойства. Понятия «квазинейтральный» и «коллективные свойства» требуют разъяснения.
Характерной особенностью плазмы является ее макроскопическая нейтральность, поддерживаемая взаимной компенсацией объемных зарядов положительных ионов и электронов. Однако такая компенсация имеет место лишь в среднем - в достаточно больших объемах и за достаточно большие промежутки времени. Поэтому говорят, что плазма - квазинейтральная среда. Размер области пространства и промежуток времени, в пределах которых может нарушаться компенсация объемного заряда, называют соответственно пространственным и временным масштабами разделения зарядов.
Условие квазинейтральности обусловливает связь между концентрациями электронов и ионов. В случае когда в плазме имеются однократно ионизованные ионы только одного сорта, это условие записывается в виде n е = n i, так как заряд электрона равен заряду положительного иона со знаком минус, т. е. е= - е i.
Оценим сначала из простых физических соображений временной масштаб разделения зарядов. Представим себе, что какой-либо электрон плазмы отклонился от своего первоначального Положения равновесия. При этом возникает возвращающая сила, равная средней кулоновской силе взаимодействия частиц, т. е.
- среднее расстояние между частицами. В результате электрон начнет колебаться около положения равновесия с частотой
|
где величина ω Le называется ленгмюровской или плазменной частотой и является чрезвычайно важной характеристикой плазмы. Естественно, можно принять за временной масштаб разделения зарядов величину, обратную плазменной частоте, т. е.
(2.7)
поскольку за промежутки времени t» τ частицы совершат много колебаний около положения равновесия и плазма в целом будет вести себя как квазинейтральная система.
Рассмотрим теперь пространственный масштаб разделения зарядов. Из простых физических соображений ясно, что он должен быть равен расстоянию, на которое может сместиться возмущение плотности заряженных частиц вследствие их теплового движения за время, равное периоду плазменных колебаний. Определенный таким образом пространственный масштаб разделения зарядов для плазмы носит название электронного дебаевского радиуса экранирования rDe и играет в физике плазмы фундаментальную роль. Он выражается в метрах и вычисляется по формуле
(2.8)
где ε0 = 8,85 • 10-12 Кл/(В • м) - электрическая постоянная, Т е и n е -
соответственно температура, К, и концентрация, м3, электронов.
Итак, для квазинейтральности плазмы необходимо, чтобы ее характерные размеры L значительно превосходили дебаевский радиус экранирования:
(2.9)
Только при условии (2.9) систему заряженных частиц можно считать плазмой, т. е. материальной средой с новыми качественными свойствами. В противном случае получается простая совокупность отдельных заряженных частиц, к исследованию которой применима электродинамика вакуума.
Пример 2.1. Определить дебаевский радиус экранирования для высокоионизованной плазмы сварочной дуги при условиях: р = 105 Па, Т = 104К, n е =1024м-3.
Решение. Подставив числовые данные в формулу (2.8), получим
Для данного случая только в кубике газа со стороной менее
√2 • 6,9 х 10-9 м ≈ 11 нм можно определить разность концентраций ионов и электронов. Поэтому можно сделать вывод: в сварочной дуге при атмосферном давлении плазма квазинейтральна.
|
Дебаевское экранирование является статистическим понятием и имеет место только в том случае, когда в заряженном облаке находится достаточно много частиц. Очевидно, что если облако состоит только из одной или двух заряженных частиц, то дебаевское экранирование не применимо. Используя выражение (2.8), можно вычислить число частиц NDe в «дебаевской сфере»:
(2.10)
Чтобы плазма имела коллективные свойства, помимо неравенства (2.9) должно выполняться условие
(2.11)
Специфические особенности плазмы могут проявляться только тогда, когда распределение заряженных частиц в ней становится неоднородным и возникают макроскопические электромагнитные поля. Электромагнитные поля в плазме могут создаваться и внешними источниками, однако существенно, что эти поля влияют на характер распределения и движение заряженных частиц в плазме, индуцируя в ней заряды и токи, которые, в свою очередь, сами создают электромагнитные поля, изменяя полное электромагнитное поле в системе. Происходит так называемое самосогласованное воздействие заряженных частиц и электромагнитного поля друг на друга. Собственно, в этом и проявляются коллективные свойства плазмы.
|
|
Историки об Елизавете Петровне: Елизавета попала между двумя встречными культурными течениями, воспитывалась среди новых европейских веяний и преданий...
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...
Состав сооружений: решетки и песколовки: Решетки – это первое устройство в схеме очистных сооружений. Они представляют...
Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!