Fyzika

FYZIKA PLAZMATU

Typ

Referáty

Počet stažení

130

Obsah:

Fyzika plazmatu

Doporučit

Zaslat na email

Stáhni

Vloženo	21.3.2008
Počet stran	4
Velikost	8 KB
Typ souboru	Jednoduchý text

Fyzika plazmatu
Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
(Přesměrováno z Plazma (fyzika))
Skočit na: Navigace, Hledání
Ve fyzice a chemii se za plazma považuje ionizovaný plyn složený z iontů, elektronů (a případně neutrálních atomů a molekul), který vzniká odtržením elektronů z elektronového obalu atomů plynu, či roztržením molekul (ionizací). O plazmatu se často mluví jako o čtvrtém skupenství hmoty. V exaktní definici plazmatu jsou na ionizovaný plyn kladeny jisté doplňující požadavky. Aby byl ionizovaný plyn považován za plazma, musí vykazovat kolektivní chování a kvazineutralitu[1].

Plazma je nejrozšířenější forma látky, tvoří až 99% pozorované hmoty vesmíru.

Obsah [skrýt]
1 Základní charakteristiky plazmatu
1.1 Stupeň ionizace
1.2 Teplota
1.3 Další významné fyzikální vlastnosti plazmatu
2 Kvazineutralita a Debyeovo stínění
2.1 Debyeova stínicí délka
2.2 Plazmová frekvence
3 Uchování plazmatu
4 Ambipolární difúze
5 Schottkyho teorie
6 Elektrická dvojvrstva
7 Reference
8 Užitečné odkazy

[editovat] Základní charakteristiky plazmatu
Plazma existuje ve vesmíru v různých, často velmi odlišných formách. S plazmatem se můžeme setkat například ve formě blesku, polární záře, uvnitř zářivek a tzv. neonů, plazma tvoří také konvenční hvězdy, sluneční vítr, či mlhoviny. Parametry plazmatu v těchto formách se liší o mnoho řádů.

[editovat] Stupeň ionizace
Stupeň ionizace plazmatu (poměr počtu ionizovaných částic vůči celkovému počtu částic) je jedním z nejdůležitějších parametrů, který určuje chování plazmatu. Závisí především na teplotě a lze ho v prvním přiblížení odhadnout ze Sahovy rovnice pro jedenkrát ionizované plazma v termodynamické rovnováze.

Podle stupně ionizace rozlišujeme slabě ionizované plazma a silně ionizované plazma. V slabě ionizovaném plazmatu je koncentrace nabitých částic zanedbatelně malá v porovnání s koncentrací neutrálních molekul. Naproti tomu v silně ionizovaném plazmatu převládá koncentrace nabitých částic.

[editovat] Teplota
Podle teploty se rozlišují 2 druhy plazmatu. Je to vysokoteplotní a nízkoteplotní plazma. Vysokoteplotní plazma má střední energii nabitých částic větší než 100 eV, což odpovídá řádově 106K. Vyskytuje se ve hvězdách a při experimentech s řízenou termonukleární syntézou. Nízkoteplotní plazma se vyskytuje např. v zářivkách a výbojkách, také v elektrickém oblouku.

V plazmatu může být teplota elektronů o několik řádů vyšší než teplota kladných iontů a neutrálních molekul.

[editovat] Další významné fyzikální vlastnosti plazmatu
Plazma obsahuje volné elektrické náboje, proto je elektricky vodivé. Díky elektrické vodivosti působí na plazma i silné magnetické pole, jehož silové účinky pocházejí od Lorenzovy síly. S rostoucí koncentrací nabitých částic se mění i koeficienty tepelné vodivosti a dynamické viskozity plynu.

[editovat] Kvazineutralita a Debyeovo stínění
Jednou ze základních vlastností plazmatu je tzv.kvazineutralita. Jedná se o přibližnou rovnost koncentrací kladně nabitých iontů a záporně nabitých elektronů v oblastech plazmatu, kde všechny tři lineární rozměry jsou podstatně větší než Debyeova délka.Díky přítomnosti volných nabitých částic se v objemu plazmatu vytváří prostorový náboj a elektrostatické pole, které zpětně silově působí na nabité částice. Výsledkem je kompenzace fluktuací hustoty náboje a plazma se ve větším měřítku jeví jako elektricky neutrální.

S Kvazineutralitou úzce souvisí pojmy Debyeovo stínění. Tento jev je pozorován např. v přítomnosti pevné látky v plazmatu. Pevná látka nese náboj, ale ten je díky kvazineutralitě plazmatu odstíněn. Ve vzdálenosti označované jako Debyeova stínící délka je již plazma opět kvazineutrální.

[editovat] Debyeova stínicí délka
Předpokládejme homogenní plazma. Do plazmatu vložíme nepohyblivý náboj q. Částice se souhlasným nábojem jsou jím odpuzované, s nesouhlasným přitahované. Plazma se proto polarizuje a elektrické pole vloženého náboje tím pádem odstíní. Odstíněním klesne potenciál elektrického pole v plazmatu oproti potenciálu elektrického pole ve vakuu na 1/e ve vzdálenosti zvané Debyeova stínicí délka. Vypočítáme ji z teplot T + a T − kladných iontů a elektronů a koncentrace nabitých částic n0 = n + = n − jako

,

kde je permitivita vakua a k Boltzmannova konstanta.

Lze ukázat, že maximální vzdálenost, kam se mohou dostat elektrony při fluktuaci je také rovna Debeyově délce.

[editovat] Plazmová frekvence
Při poruše v plazmatu vzniknou tlumené harmonické kmity jako časový vývoj koncentrace elektronů. Tyto tlumené kmity mají kruhovou frekvenci ωp, která se nazývá plazmová frekvence a je přímo úměrná odmocnině z koncentrace nosičů náboje.

,

kde e je elementární náboj, n0 koncentrace nosičů náboje, permitivita vakua a m − hmotnost elektronu. Tento děj v plazmatu je popsán pohybovou rovnicí

.

Tlumení kmitů je popsané časovou konstantou , kde ν − je frekvence srážek elektronů s neutrálními částicemi. Tlumené harmonické kmity lze pozorovat jen tehdy, je-li splněno ν − < 2ωp. Jinak má vývoj koncentrace elektronů aperiodický charakter.

[editovat] Uchování plazmatu
Jedním z typů zařízení pro uchovávání plazmatu jsou magnetické nádoby

--------------------------------------------------------------------------------

[editovat] Ambipolární difúze
V plazmatu se může vyskytnout gradient koncentrace nabitých částic - například v blízkosti stěny. Ve stacionárním případě dostává pohybová rovnice pro nabité částice tvar

pro elektrony i kladné ionty. Vynásonbením výrazem n / (mrν) dostaneme

kde μ je pohyblivost částice a D je difúzní koeficient. Tento vztah říká, že hustota toku částic způsobená elektrickým polem se sčítá s hustotou toku způsobenou gradientem koncentrace. Aplikujeme-li tento poznatek na dvousložkové plazma uzavřené v izolované nádobě, kde je celková hustota elektrického proudu nulová, dostaneme

Nyní lze vypočítat elektrické pole

To však znamená, že nehomogenní plazma nesplňuje Ohmův zákon, protože při nenulovém poli neteče žádný proud. Toto pole se nazývá ambipolární elektrické pole. Výsledek můžeme ještě upravit do vhodnějšího tvaru

Da označuje koeficient ambipolární difúze. Při ambipolární difúzi je hustota toku elektronů shodná s hustotou toku kladných iontů a navíc jsou na základě kvazineutrality shodné i jejich driftové rychlosti.

[editovat] Schottkyho teorie
Tato teorie popisuje nejjednodušším způsobem interakci plazmatu s izolovanou stěnou. Vezměme nejprve takovou konfiguraci, kde je plazma ohraničeno dvěma rovnoběžnými rovinnými stěnami, které jsou ve vzdálenosti l. Na stěnách dochází k zániku nabitých částic rekombinací. Abychom dosáhli rovnovážného stavu, musí být v objemu plazmatu zdroj nabitých částic. Toho lze dosáhnout například elektrickým výbojem. Ke stěnám pronikají nabité částice ambipolární difuzí. Z tohoto předpokladu, z rovnice kontinuity, a pokud jsou ionizační frekvence α a koeficient difúze Da konstantní, lze vyjádřit koncentraci částic v závislosti na poloze x mezi stěnami funkcí

koncentrace tedy klesá ke stěnám podle funkce cosinus. Obdobně lze postupovat pro válcovou konfigurace, která je v praxi používanější. Zde dostáváme závislost koncentrace na vzdálenosti od osy válce

kde J0 je Besselova funkce nultého řádu.

[editovat] Elektrická dvojvrstva
Přibližujeme-li se k izolované stěně, která ohraničuje plazma, na vzdálenost srovnatelnou s Debyeovou délkou, plazma přestává splňovat kvazineutralitu. Tuto oblast nazýváme elektrickou dvojvrstvou. Koncentrace elektronů se zde výrazně liší od koncentrace kladných iontů. V blízkosti stěny převládá kladný náboj, protože ionty jsou urychlovány silným polem v blízkosti stěny. V případě elektronů naopak převládá tepelný pohyb a nachází se v brzdném poli.

Přihlášení

Registrace

Vzhledy:

Čtvrtek 21. 9. 2023 Svátek má Matouš

Vyhrávej v casino.cz nebo na vyherni-automaty.cz Prodávej s Plať-Mobilem.cz



Odesílatel:
Příjemce:
Předmět:
Text zprávy:	Posílám ti odkaz na zajímavý studijní materiál s názvem: Fyzika plazmatu Najdeš jej na adrese http://studentka.sms.cz/referat/fyzika-plazmatu