כמה עבה פלזמה? ממה מורכבת פלזמת הדם ומדוע היא נחוצה ברפואה?

פלזמה שווה לאפס. נוכחותם של מטענים חשמליים חזקים יוצרת פלזמה מוליכה בפלזמה, מה שגורם לאינטראקציה גדולה יותר באופן משמעותי (בהשוואה ליחידות צבירה אחרות) עם שדות מגנטיים וחשמליים. "מחנה הדיבור הרביעי" נטבע על ידי וויליאם קרוקס, ואת השם "פלזמה" טבע אירווינג לנגמייר.

כמו בכל מצב מצטבר אחר, הפלזמה היא ניטרלית, יש תערובת של יונים חיוביים ושליליים ברמה ובריכוז כאלה שהמטענים שלהם מפצים זה את זה. לפלזמה יש כוחות הדומים הן לחומר דמוי גז (חלקים קורסים באלימות והמרווח בין החלקיקים גדול בהרבה עבור גודל החלקיקים), והן נדיר (צמיגות גבוהה) ומוצק (אלקטרונים קורסים באלימות בין גרעיני אטום iv ).

1. פורמי פלזמה

על פי התופעות הנוכחיות, מצב הפאזה של רוב הדיבור (כ-99.9%) בעולם הוא פלזמה. כל הכוכבים מורכבים מפלזמה, והחלל ביניהם מלא בפלזמה, גם אם הוא נדיר עוד יותר (div. space interstellar space). לדוגמה, כוכב הלכת צדק מכיל כמעט את כל הזרם של מערכת סוניה, שנמצא במצב "לא פלזמי" (נדיר, מוצק ודמוי גז). במקרה זה, מסתו של צדק מהווה רק כ-0.1% מהמסה של מערכת סוניה, והנפח קטן עוד יותר: רק 10-15%. במקרה זה, החלקיקים הקטנים הממלאים את המרחב הקוסמי ונושאים מטען חשמלי, ככלל, יכולים להיחשב כפלזמה, המורכבת מיונים מיותרים (פלאזמת פלא).

2. פרמטרים של כוח ופלזמה

2.1. אספקת פלזמה

פלזמה היא לעתים קרובות גז מיונן מאוד, שבו כוחם של מטענים חיוביים ושליליים הוא כמעט זהה. אחרת, מערכת הטעינה של תדרים אלה יכולה להיקרא פלזמה. לפלזמה יש כוח כזה:

2.2. מִיוּן

הפלזמה נאלצת להתחלק בדרכה שלה; לעתים קרובות פלזמה קרה אינה חשובה, ופלזמה חמה חשובה לא פחות.

2.3. טֶמפֶּרָטוּרָה

בקריאת ספרות מדעית פופולרית, הקורא מחשב לעתים קרובות ערכי טמפרטורת פלזמה בסדר גודל של עשרות, מאות אלפים או אפילו מיליוני C או K. כדי לתאר פלזמה בפיזיקה, חשב ידנית את הטמפרטורה לא ב-C, אלא ביחידות של טמפרטורה, מאפיין אנרגיה ії זרימה של חלקיקים, למשל, אלקטרונים -וולט (eV). כדי להמיר את הטמפרטורה ל-ev, אתה יכול להשתמש במהירות במשוואות הבאות: 1 ev = 11600 K (Kelvin). ברור שטמפרטורות של "עשרות אלפים" ניתנות להשגה בקלות.

בפלזמה חסרת חשיבות, טמפרטורת האלקטרונים עולה באופן משמעותי על טמפרטורת היונים. זה מתרחש באמצעות השינויים במסת היונים והאלקטרונים, מה שמקשה על תהליך חילופי האנרגיה. מצב זה מתרחש בפריקות גזים, כאשר יש להן טמפרטורה של כמאות, ולאלקטרונים יש טמפרטורה של כעשרות אלפי K.

לפלזמה שווה יש טמפרטורות שוות. עבור תהליך זה של יינון, הטמפרטורה הנדרשת שווה לפוטנציאל היינון, ופלזמה חמה (עם טמפרטורה של יותר מכמה אלפי K) חשובה באותה מידה.

מוּשָׂג פלזמה בטמפרטורה גבוההויקוריסטוב קורא לפלסמת היתוך תרמו-גרעיני, שמגיעה לטמפרטורות של מיליוני K.

2.4. שלב יינון

על מנת שהגז יעבור בפלזמה, עליו להיות מיונן. רמת היינון היא פרופורציונלית למספר האטומים שוויתרו או איבדו אלקטרונים, וככל שהם נשארים זמן רב יותר, בהתאם לטמפרטורה. Navigo הגז בגז, ב-Yak Men של 1% מהתדירות נמצא ביונים של התחנה, Viyavlyat Adeki Tipi Plazmi (Iz הדדי מכנה את שדה Elektromagniye של Eska של Elekprooproprodniyst). שלב יינון α מצוין כ α = נאני/ (נ i+ נדה נ i הוא ריכוז היונים, ו נ a - ריכוז של אטומים ניטרליים. ריכוז אלקטרונים חופשיים בפלזמה לא טעונה נ e מסומן על ידי קשרים ברורים נה = נאני, דה - ערך ממוצע של מטען יוני פלזמה.

פלזמה בטמפרטורה נמוכה מאופיינת ברמת יינון נמוכה (עד 1%). שברי פלזמה מיוצרים לרוב בתהליכים טכנולוגיים, ולעיתים נקראים פלזמות טכנולוגיות. לרוב הם נוצרים בעזרת שדות חשמליים, המאיצים אלקטרונים, שבתורם מייננים אטומים. שדות חשמליים מוכנסים לגז באמצעות צימוד אינדוקטיבי או אמנזי נוסף (פלזמה בשילוב אינדוקטיבי). יישומים אופייניים של פלזמה בטמפרטורה נמוכה כוללים שינוי פלזמה של תכונות פני השטח (התכת יהלומים, ניטרידינג מתכת, שינוי צמיגות), תחריט פלזמה של משטחים (תעשיית הדלק), טיהור גז וקרינה (אוזון של מים והסרה של חלקיקי פיח במנועי דיזל) .

פלזמה חמה עשויה כבר להיות מיוננת לחלוטין (שלב היינון ~ 100%). קרא לעצמך לכבד את "מחנה הצבירה הרביעי של הדיבור". אתה יכול להכות את Sontse עם התחת שלך.

2.5. גוסטינה

מלבד הטמפרטורה, שחשובה ביסודה לעצם היווצרות הפלזמה, השפעה חשובה נוספת של הפלזמה היא העובי. מילים שהתקבלו עובי פלזמה zazvichay פירושו צפיפות אלקטרונים,טובטו. מספר האלקטרונים החופשיים ביחידה אחת (באופן ברור, כאן אנו קוראים ריכוז - לא המסה של יחידה אחת, אלא מספר החלקיקים ביחידה אחת). בפלזמה מעין ניטרלית עובי יוניםהקשורים אליו על ידי הוספת מספר המטען הממוצע של יונים:. הכמות החשובה ביותר היא חוזקם של אטומים ניטרליים. בפלזמה חמה, הערך קטן, אך עשוי להיות חשוב לפיזיקה של תהליכי פלזמה. כאשר בוחנים תהליכים בפלזמה עבה ולא אידיאלית, הפרמטר האופייני של עובי הוא , אשר נקבע כיחס בין המרחק הממוצע בין החלקיקים לרדיוס בוהר.

2.6. מעין נייטרליות

למרות ששברי פלזמה הם מוליך טוב, כוח חשמלי עשוי להיות חשוב יותר. פוטנציאל פלזמהאחרת מרחב פוטנציאליציין את הערך הממוצע של הפוטנציאל החשמלי בנקודה זו. ברגע שגוף מוכנס לפלזמה, הפוטנציאל שלו בשלב הגז יהיה קטן מפוטנציאל הפלזמה עקב כדור הדבי. פוטנציאל זה נקרא פוטנציאל צף.באמצעות מוליכות חשמלית טובה, הפלזמה אינה מגינה על כל השדות החשמליים. זה מוביל להופעת מעין ניטרליות - עובי מטענים שליליים עם דיוק טוב שווה לעובי של מטענים חיוביים (). בהקשר למוליכות החשמלית החמה של הפלזמה, שדה של מטענים חיוביים ושליליים הוא בלתי נמנע בשלבים הגדולים של הדביאן דאב ובתקופה של שעה של התנגשויות פלזמה.

התחת של פלזמה שאינה מעין ניטראלית היא אלומת אלקטרונים. עם זאת, העובי של פלזמות לא נייטרליות חייב להיות קטן מאוד, אחרת הסירחון יתפורר במהירות מעבר לציפוי הקולומב.

3. כוח פיזי

התכונה האופיינית של פלזמה, בנוסף לאגרגטים אחרים, היא הקרנה של אינטראקציה אלקטרוסטטית. בגז, מוצק או אחר, הקיטוב של אטומים ומולקולות מוביל לשינוי באינטראקציה בין מטענים בכמות הנחשבת לדיאלקטרי נייח. בפלזמה, האינטראקציה לא רק משתנה, היא אפילו מתפוררת במהירות, אקספוננציאלית, בגלל המרחק הגדול יותר בין המטענים. מסך זה משמש לקביעת עוצמת המטענים של סימן ההארכה ליד כל מטען. אלקטרונים ויונים מסוננים תמיד בפלזמה קורסים כמו שדה ממוצע, והם יכולים להתפרש כחלקים חופשיים.

השדה החשמלי החיצוני המוקרן אינו חודר לתוך הפלזמה שעל פני השטח, מה שאומר יותר מזה, גם ללא המסך. עם זאת, ניתן לחדור לפלזמה שדה מגנטי. פלזמה בשדה מגנטי חזק מספיק כדי לאחוז חלקיקים טעונים על פני השטח נקראת מגנטיזציה. הקריטריון למגנטיזציה בפלזמה הוא כמות המגע בין חלקיקים בסיבוב אחד של השדה המגנטי. כשלים מתרחשים לעתים קרובות כאשר האלקטרונים כבר ממוגנטים, אך הם עדיין לא קיימים. הפלזמה האניזוטרופית ממוגנטת - יש לה את הכוח לשכב בכיוון הישיר של השדה המגנטי.

4. מאפיינים בסיסיים של פלזמה

כל הערכים ניתנים ביחידות GHS גאוסיות לאחר הטמפרטורה, הניתנת ב-eV ומסת יונים, הניתנת ביחידות מסת פרוטון; ז- מספר חיוב; ק- עמדת בולצמן לפני- dovzhina hvili; γ - אינדקס אדיאבטי; ln Λ - לוגריתם של קולומב.

4.1. תדרים

• תדר לאמור של היון,תדירות חיתוך של התנועה המעגלית של היון במישור המאונך לשדה המגנטי:

• תדר פלזמה יונים:

• תדירות כיבוי אלקטרונים

• תדר מיתוג יונים

4.2. דובז'יני

• נדוניה של האלקטרון של דה ברולי,יום השנה של האלקטרון במכניקת הקוונטים:

• קרבה מינימלית לטיפה הקלאסית,מיקום מינימלי על היאק, שני חלקיקים טעונים יכולים להתקרב זה לזה עם מגע חזיתי ונזילות קלח, מה שמציין את הטמפרטורה של החלקיקים, השפעות מכאניות קוונטיות בלתי קיימות

• רדיוס ג'ירומגנטי לאלקטרון,רדיוס התנועה המעגלית של האלקטרון במישור המאונך לשדה המגנטי:

• רדיוס גירומגנטי של היון,רדיוס התנועה המעגלית של היון במישור המאונך לשדה המגנטי:

• גודל של כדור פלזמה עור,לעמוד על העובדה כי חוטים אלקטרומגנטיים יכולים לחדור לפלזמה:

4.3. שווידקוסטי

• נזילות צליל היונים,נזילות של צינורות יוני-קוליים מאוחרים:

4.4. כמויות חסרות מימד

• מספר החלקיקים בכדור דבי:

• חידוש הנזילות של Alfvén לנזילות קלה

• הקשר בין תדרי פלזמה וללמור עבור אלקטרונים

• הקשר בין תדרי פלזמה וללמור עבור היון

• העברת אנרגיה תרמית ומגנטית

• הגדרת אנרגיה מגנטית לאנרגיה הרגועה של יונים

5. קיבולת גז

התפקידים העיקריים של הפלזמה בגז הם אלו שהם חלק מהפלזמה, כולל אטומים, יונים ואלקטרונים, והשדה האלקטרומגנטי. אין מעבר פאזה ברור בין גז לפלזמה. הנוזל הופך לפלזמה מגז בשלבים משלב היינון המתקדם.

נוכחותם של מטענים משנה לחלוטין את אופי האינטראקציה בין חלקיקים. אטומי הגז מתקשרים זה עם זה בתדירות נמוכה יותר אם המרחק ביניהם קטן. אינטראקציה קולומבית של מטענים בקנה מידה גדול, לכן זרימת החלקיקים הטעונים בפלזמה היא קולקטיבית - שינוי במיקום של חלקיק אחד מוביל להפחתה של חלקיקים אחרים, אשר בתורם מובילים לעקירה נוספת של חלקיקים נוספים. תנאים אלו מלווים בהרחבות בפלזמה של סלילים אלקטרומגנטיים, וכתוצאה מכך לשינוי מקומי בחוזק המטען. פלזמה מאופיינת בתנודת פלזמה - עליה גדולה יותר בעוצמת המטען של הסליל האלקטרומגנטי המאוחר. הקשר הוא שהפלזמה מורכבת לפחות משני סוגים של חלקיקים טעונים: אלקטרונים ויונים, ישנם אופנים שונים של קולוקציות פלזמה - קולוקציית פלזמה אלקטרונית וקולוקציה של יונים, מה שנקרא צליל יונים.

במהלך התנודה הקולקטיבית בפלזמה, השדה המגנטי החיצוני זורם פנימה, משנה את אופיו ומוביל למספר לא מבוטל של סוגים שונים של סלילים. כאשר מוחלפת בגז, לפלזמה יש מוליכות חשמלית גבוהה.

5.1. מידות מינימליות

ניתן להגדיר את המונח פלזמה רק כמצרף מקרוסקופי של חלקיקים, בשל דפוסים סטטיסטיים של פיצוי הדדי וסיכוך הדדי של מטענים. לכן, המדידות המדויקות יותר של הפלזמה מראות כי מכלול החלקיקים יכול להיספג בפלזמה גם מעבר למוח, שכן מידותיהם גדולות בהרבה מרדיוס המסך.

כמו כן, פלזמה מוגדרת כ"מדיום דמוי גז, שבו ריכוזי המטענים החיוביים והשליליים כמעט זהים, והזרימה הכאוטית של החלקיקים גוברת על הזרימה המסודרת של כיוונם בשדה החשמלי". בוא נסלח לך.

6. שפלזמה היא טבעית

במוחות ארציים, פלזמה זורמת מהיונוספירה, פלזמת דם זורמת מהריאות, פלזמה זורמת מנצנצים, מהשריפות של אלמו הקדוש. חצי מזה גם מיינן את השרף, ומזהם את הפלזמה. אלקטרונים חופשיים במתכות שקורסים בין חלקיקי יונים בעלי מטען חיובי ניתנים לטיפול גם באמצעות פלזמה - התנהגותם בשדות חשמליים ואלקטרומגנטיים הנוכחיים דומה להתנהגות הפלזמה.

פלזמה נוצרת גם על ידי בני אדם באמצעות יצירת פריקה חשמלית: בקשת ובמנורות פלורסנט, בקשתות באמבטיות חשמליות, במנועי יונים, בטלוויזיות פלזמה וכו'.

6.1. אחרת

• מקדם דיפוזיה בוהמיאני

• תמיכת שפיצר רוחבית

7. תיאור מתמטי

ניתן לתאר פלזמה ברמות שונות של פירוט. לכן, פלזמה מתוארת בשילוב עם שדות אלקטרומגנטיים. תיאור מקיף של מקור המוליך והשדות האלקטרומגנטיים ניתן בתורת התופעות המגנטוהידרודינמיות או תורת ה-MHD.

7.1. דגם נוזלי (נוזל).

בדגם המקורי, אלקטרוניקה מתוארת במונחים של עובי, טמפרטורה ונזילות ממוצעת. המודל מבוסס על: איזון עובי, איזון שימור דחפים, איזון אנרגיית האלקטרונים. כך הם נראים בדגם המקורי.

7.2. תיאור קינטי

עם זאת, נראה שהדגם המקורי אינו מספיק לתיאור פלזמה. תיאור מפורט יותר ניתן על ידי המודל הקינטי, שבו פלזמה מתוארת במונחים של תפקוד התפלגות האלקטרונים מאחורי קואורדינטות ודחפים. המודל מבוסס על משוואת בולצמן. מחקרו של בולצמן מאתגר לתאר את הפלזמה של חלקיקים טעונים עם אינטראקציה קולומביאנית בשל האופי מרחיק הלכת של הכוחות הקולומביאנים. לכן, כדי לתאר פלזמה עם אינטראקציה של קולומב, נעשה שימוש במערכת היחסים של ולאסוב עם השדה האלקטרומגנטי שנוצר על ידי חלקיקי פלזמה טעונים. התיאור הקינטי חייב להתבסס על נוכחות של שיווי משקל תרמודינמי או על נוכחות של חוסר אחידות פלזמה חזקות.

ללא קשר לאלו שאולי יש להם את כל המסה של היקום במחנה הפלזמה, במוחות הארציים אנו פוגשים פלזמה עם פלזמה לעתים רחוקות מאוד, למשל, במקרים כמו פריקה של מהבהב או פריקה של סילון קרינה. עם זאת, כל מסת הכוכבים, כולל השמש שלנו (מאחורי האשם של כוכבי נויטרונים) ורוב המסה הבין-כוכבית נמצאים בתחנת הפלזמה, שבקו אליה "מוחממים" כל מסת העולם שאבד. כל כוכבי הלכת, האסטרואידים, הירחים, השביטים וכדור הארץ האהוב שלנו הם חלקים (מה"שמצם" הזה. פלזמה היא מקור לחלקיקים אלקטרומגנטיים ובמיוחד לאור נראה. בפלזמה בטמפרטורה גבוהה, חלקיקים טעונים חשמלית נעים מפאר גדול, ומקיימים אינטראקציה בזה אחר זה ובנזילות המשתנה במהירות ובאופן ישיר. הספקטרום של קרינה כזו אינו מופרע. בפלזמה בטמפרטורה נמוכה, ישנם אטומים עם אלקטרונים הקשורים בקליפות אלקטרונים, האינטראקציות ביניהם מובילות למעברי אלקטרונים. בין רמות האנרגיה השונות בקליפות אלקטרוניות , האנרגיה המופיעה כתוצאה ממעברים כאלה לרמות נמוכות יותר, היא מיוצרת גם בצורה של סלילים אלקטרומגנטיים, שהספקטרום שלהם משתנה בתבנית ליניארית או מפוספסת.

כוחה של פלזמה שונה אפילו יותר מכוחם של מוצקים, אפילו גזים. לכן מחנה הדיבור הרביעי קיבל פלזמה.

מהי פלזמה? באופן עקרוני, הפלזמה מיוננת מאוד, מה שדומה להרבה מוחות אחרים (רוב הפלזמה מיוננת מראש). לא רק בגזים, אלא גם במוצקים ללא אלקטרונים חופשיים (הקורסים על יונים בעלי מטען חיובי המקובע בחוזקה בסריג הגביש), ניתן להתייחס כמו פלזמה. במילים אחרות, פלזמה היא גז מעין נייטרלי של חלקיקים טעונים וניטרליים שמתנהגים ביחד. מה זה אומר?

מולקולות ניטרליות מקיימות אינטראקציה ללא אינטראקציה זו עם זו באופן שהתנהגותן אינה תלויה בהתנהגות המולקולות השכנות הקרובות ביותר. עם זאת, קריסת חלקיקים טעונים חשמלית יכולה ליצור אזורים עם ריכוז גבוה או נמוך יותר של מטען חיובי או שלילי, ולכן, שדות חשמליים. באמצעות אינטראקציה אלקטרומגנטית, אזורים אלה זורמים אל פני השטח של חלקיקים טעונים אחרים במרחקים גדולים, שברים

כוחות קולומביים (אלקטרוסטטיים) חזקים וחזקים הרבה יותר מכוחות האינטראקציה בין אטומים ומולקולות.

הצפיפות של חלקיקים טעונים חשמלית בפלזמה עשויה להיות גבוהה מספיק כדי שאינטראקציות אלקטרומגנטיות ישלטו על הקשרים בין אטומים ניטרליים למולקולות. זוהי זרימת פלזמה ספציפית. תחת ההתנהגות הקולקטיבית אנו מבינים את הזרימה שנמצאת בין מוחות הסביבה הקרובה לבין מוחות הפלזמה של הסביבה הגדולה. באופן זה, הפלזמה זורמת אל עצמה. תנועה זו יכולה להיזהר בבירור, למשל, מהבולטים (הבולטים).

הצפיפות של חלקיקים טעונים חשמלית בפלזמה עשויה להיות גבוהה על מנת שאינטראקציות אלקטרומגנטיות ישלטו על הקשרים בין אטומים ניטרליים למולקולות. בשקעים של גזים מייננים, נוצרים מסננים את השדות החשמליים החיצוניים היוצרים את נפח המטענים. מטענים נפחיים אלו מתגברים על השינויים שיצרו אותם, פועלים נגדם ומבססים רמה חדשה. מטען נפח המסך של החלקיקים הטעונים מהמטען הנותר נוצר ביחס למטען החשמלי החיצוני שנוצר בפלזמה ונתמך שם בכוח חיצוני, כפי שמוצג באיור. 4.1.

רוחבו של כדור זה גדל עם הטמפרטורה ומשתנה עם הגדלת צפיפות החלקיקים. זה גרם לי להבין. האנרגיה הקינטית של החלקיקים הטעונים מגיבה עקב סינון לא מספיק, כך שהשדה החשמלי עקב המטען הנפחי אינו מגיע לאפס, אלא מתקרב לאפס, כפי שמוצג באיור. 4.2.

בגלל זה, לחלקיקים ליד כדור המסך יש מספיק אנרגיה קינטית כדי לסגור את החור הפוטנציאלי שנוצר על ידי כוחות אלקטרוסטטיים. טמפרטורה גבוהה יותר של חלקיקים טעונים מובילה לפיזור גדול יותר של כדור המסך ולרוחב גדול יותר.

מצד שני, מה הריכוז של חלקיקים טעונים, ואז יותר כוחות אלקטרוסטטיים. אז, למטען הנפחי יש קורדון חד. קשיים בקביעת הגבולות המדויקים של כדור המיגון מובילים לצורך בהחדרת כמות חדשה, הנקראת הכפלת Debye, שהיא מדד לערך המיגון של הפלזמה. המתמטיקה נותנת ערך אקספוננציאלי לפוטנציאל החשמלי (סוג p של תחנה d, וה-Debye dovzhin XD מחושב כתחנה שעבורה חשמל

פוטנציאל (p() משתנה ל-, כאשר e - בהינתן קבוע מתמטי -

בסיס של לוגריתמים טבעיים

קוואסינייטרליות פירושה שמנקודת מבט מקרוסקופית, צפיפות האלקטרונים היא למעשה זהה לצפיפות היונים בפלזמות קטנות; זה נקרא מעבה פלזמה. הפלזמה, אם כן, היא ניטרלית מבחינה חשמלית, אך מנקודת מבט מיקרוסקופית, האינטראקציות האלקטרומגנטיות של אלקטרונים ויונים חזקים מעניקות לפלזמה מספר תכונות. למשל, ייתכן שלאלקטרונים ויונים יש טמפרטורות שונות באותה פלזמה; סחיפה ותזוזה של חלקיקים בשדה המגנטי; חימום של פלזמה על ידי לחיצה אדיאבטית רב-שלבית במראות מגנטיות (או מה שנקרא אפקט צביטה); גלי פלזמה (לדוגמה, רעד פלזמה, שריקות, גלי הלם וכו'); אפקטים לא ליניאריים (כגון יצירת כדור קיר); קצה פלזמה (ההבדל בין התדרים של פוטונים משודרים ופגומים, כלומר סלילים אלקטרומגנטיים) וכו'. לְהַנֵץ. תיאורים מפורטים יותר של השפעות אלה אינם עוד הנושא של סעיף זה. אלה שנמצאים ב-

לשפשף עם מזונות אלה, אתה יכול למצוא מידע נוסף בספרות מיוחדת, למשל.

כדי לאשר את ערכה של הפלזמה הזו, יש להאשים גם מוחות אחרים. כמות הפלזמה הזמינה על פני גודל עשויה להיות הרבה יותר גדולה (בסדר גודל אחד), נמוכה מזו של דבי. רק אם כל הפוטנציאלים החיצוניים מוקרנים ברמות קטנות יותר, ככל שגודל הפלזמה קטן יותר, נשמרת מעין ניטרליות. יתרה מכך, מסך דביאן הוא סטטיסטי באופיו, שכן מספר החלקיקים הטעונים יהיה גדול. לא ניתן לראות מספר קטן של זוגות אלקטרונים-יון כפלזמה.

טמפרטורה היא תוצאה של קריסת חלקיקים. עם זאת, טמפרטורת הפלזמה של פרוטה תדרוש פרשנות אחרת. הטמפרטורה הגבוהה של הפלזמה אינה נובעת מאנרגיה תרמית גבוהה. לדוגמה, בצינור פלורסנט, פריקת קשת בלחץ נמוך "שורפת" בנוכחות אדי Ar ו-Hg. טמפרטורות שונות מתרחשות באותה פלזמה, שברי אלקטרונים והם בעלי מסות שונות ומאיצות בצורה שונה בשדה החשמלי. לכן, הצחנה נגרמת מאנרגיות בינוניות שונות. הטמפרטורה האלקטרונית היא בסדר גודל של T*104K. לחץ הגז נמוך, ריכוז החלקיקים נמוך מאוד וקיבולת החום נמוכה. אנרגיה תרמית מועברת מצינור הזכוכית לזרימת החלקיקים המשתחררים מהחלק האמצעי. הטמפרטורה נקבעת על ידי ההתפלגות הסטטיסטית של האנרגיה של חלקיקים בודדים. סביר להניח ש-E = kT, כאשר למעלה הוא הקבוע של בולצמן, והטמפרטורה T = 11600 K מניבה אנרגיה E = 1 eV. היזהרו מהאטמוספירה של כדור הארץ. בגבהים גבוהים מ-h = 10,000 מ' מעל כדור הארץ, האטמוספירה מיוננת חזק יותר תחת שטף הרטט הקוסמי. טמפרטורת הפלזמה מגיעה לערכים גבוהים מ-T> 10,000 K, בעוד טמפרטורת פני השטח נמוכה עוד יותר. יש לציין כי בטמפרטורת פלזמה כה נמוכה, קצב היינון נמוך עוד יותר. רוב האטומים נמצאים במצב ניטרלי ואינם מיוננים. מאה אטומים מיוננים זה ערך קטן.

באיור. 4.3 מייצג את האזורים האופייניים לסוגים שונים של פלזמה בהתאם לצפיפות ואנרגיה של האלקטרון. עבור אזורים אלה, ניתנים גם סדרי הגודל של ערכי דביאן במטרים. ברור שפלזמה פועלת ביעילות גם על פני גבולות רחבים. ניתן למצוא אותו בריכוזים של חלקיקים טעונים הנעים בין 106m~3 בחלל הבין-זולרי ל"הום בגרעיני הכוכבים. כאשר פני העין בולטות, העובי עשוי להיות גדול אף יותר. לפיכך, האנרגיות של חלקיקים טעונים עצמם יכולים להגיע לערכים קרובים ל-E «10 2 eV בחלל הבין-כוכבי, קרוב ל-£ «10 2 eV בגז יון-אלקטרון במוצק ועד ל-E * 104 eV בגרעין של כוכבים מחוממים. עם איזה סוג פלזמה נוכל להגיע לכדור הארץ?

שלב היינון בפלזמה למחצה פלזמה בתהליכי בעירה קלאסיים וחמצון נוזלי הוא קטן מאוד. בטמפרטורות קיצוניות הטמפרטורה בחדר מגיעה לערך של כ-T = 1000 K, ובכריות שינה מעוצבות במיוחד מגיעה למקסימום של T = 4500 K.

מנקודת מבט של פלזמה, הטמפרטורות אפילו נמוכות, אבל סוג זה של פלזמה הוא סוג הפלזמה הגדול ביותר במוחות הארציים.

עם זאת, ניתן להשיג טמפרטורות גבוהות יותר עם פלזמה שפרוקה חשמלית. ההבזק, אולי, הוא צורה אחת של פלזמה גדולה יותר בטמפרטורה גבוהה, עם שלבי יינון גבוהים יותר, המתרחשת באופן ספונטני בטבע. הפנס הוא פריקת ניצוץ ענקית, שבה נוצרת פלזמה עם טמפרטורה T = 3x104 K בתעלה, שאמורה להתבצע, בקוטר של כ-g = 0.1 מ' לתקופה בסדר גודל של / = 10 "6 שניות. הגז המחומם של הכפפה מתרחב, יוצר אקוסטיקה chni hvili, ואז רעם, פיסת פלזמה שנוצרה בפריקה חשמלית, נמצא בשימוש נרחב בטכנולוגיות שונות, המתוארות באזור הראייה של חזון זה .

פלזמת הפריקה החשמלית חייבת להיות מסווגת כפלזמה בטמפרטורה נמוכה, אם כי היא מגיעה לטמפרטורות בסדר גודל של T «104 K. תחת פלזמה בטמפרטורה גבוהה, אנו מבינים שיש פלזמה מיוננת לחלוטין, שאין לה אטומים ניטרליים iv . מכונה זו מתחילה להיווצר בטמפרטורות של 7'>105K. במקרה של פלזמת מים רחוקה יותר, התעוררויות עלולות להתרחש עקב עלייה בטמפרטורות. הפלזמה של יסודות חשובים יותר מסופקת עם אנרגיה ויקוריסטית ליינון פחמן דו חמצני, כך שנוצר מספר רב יותר של אלקטרונים. בפלאזה

בין היסודות החשובים, הגרעינים נעשים "מטוהרים" לחלוטין בטמפרטורות הקרובות ל- 10°K. בטמפרטורות כאלה, לגרעיני האטום של המים (פרוטונים) יש מספיק אנרגיה קינטית כדי להתגבר על הכוחות הדומים של מטענים חשמליים זהים ולהתקרב לנוגו העור שולחן סגור (^ = 1 ( G|5m), על מנת להפעיל תגובות גרעיניות. פלזמה כזו קיימת, למשל, בגרעיני הכוכבים ובליבות השמש שלנו. ולכן, הכוחות האלקטרוסטטיים המשמעותיים בין הגרעינים הם גדול יותר. בטמפרטורות סביב T = 10 K, ניתן להשגה במשך זמן רב מ פרקי זמן קצרים תחת שעה של גל נובה החלקיקים, הגרעינים, מפוצלים לחלוטין, ויוצרים פלזמה שבה רק גרעינים חופשיים, מים (פרוטונים) וחופשיים ניתן להחדיר אלקטרונים.

אנחנו מתקרבים יותר לפיזיקה של מדע האנרגיה הגרעינית. גרעיני האטומים מורכבים מפרוטונים ונויטרונים. עם זאת, המסה הגרעינית נמוכה מהמסה של הפרוטונים והנייטרונים הנוספים המרכיבים את הגרעין. פגם זה במסה הופך לאנרגיה גרעינית ברצועה המחזיקה את הליבה יחד.

זה בא לידי ביטוי בנוסחה הידועה E – Ate2 של איינשטיין. Malyunok 4.4 מסביר את תכולת האנרגיה ומספר המסה של הגרעין. ברור שניתן לשחזר את האנרגיה או מגרעינים קלים מגרעינים חשובים יותר שנמצאים ליד הגרעינים היציבים, או מפיצול של גרעינים חשובים יותר לגרעינים יציבים. הפיצוץ של גרעיני אור נקרא תרמו-גרעיני

תגובה, היתוך גרעיני ומקום בגרעיני הכוכבים. Masa Sontsa נוצר, בעצם, מגרעיני מים ואלקטרונים חזקים, חלקים קטנים של גרעיני הליום ועקבות של גרעיני ליתיום, ואולי גם מיסודות חשובים יותר. בשולחן 4.1 נגרמת יישום של תגובות שונות, כמו אלו של ליבת השמש. כמו כן מוצגת כמות האנרגיה המופיעה כתוצאה מתגובות שונות.

טבלה 4.1. יישומים של תגובות גרעיניות בגרעין הקולי

התהליך של גרעינים חצי חשובים יכול להתבצע באמצעות השיטה ה-cerated וכורי פיצול גרעיניים, או כתגובת רטט גרעינית ללא קרט. ניתן ליצור פלזמה בטמפרטורה גבוהה בנפרד או עם ויברטור גרעיני, או במכשירים מתקפלים מאוד הפועלים במצב פולס עם דופק תלת-ערכי במרווחים ממיקרו-שניות ועד אלפיות שניות.

לפני המכשירים האלה יש טורי סגורים (טוקאמקים), משחות מגנטיות. משחות מגנטיות הן מכשירים הפועלים עם אפקט הצביטה, המתנגדים לחימום בלייזר וכו'. ייצור חשמל. ולסנה, הרטט הגרעיני תמיד חום מינימלי למטרות שלום.

פלזמה בטמפרטורה גבוהה עם גרעינים "מטוהרים" לחלוטין נוצרת כאשר כל האלקטרונים מוסרים מגרעיני האטום כתוצאה מיינון מרובה. פלזמה כזו אינה יכולה לפלוט ספקטרום ליניארי, שברי אלקטרונים חופשיים ואינם יכולים להדגים טרנס-

בין רמות האנרגיה בקליפות האלקטרוניות של אטומים. לכן יש אובדן של פוטונים עם סימן בולט של רעש, הנובע כתוצאה מהתעבות של חלקיקים טעונים חשמלית, שבו כיוון הזרימה משתנה באופן רפטי, המלווה בשינויים במעגל האלקטרומגנטי (פוטון). ). מגוון היישומים של פלזמה כזו הוא רחב ורציף מאוד. היין מורחב באמצעות מקטע אולטרה סגול עתיר אנרגיה עד לבדיקת רנטגן. אנרגיה זו של הפוטון מתפזרת ואובדת מהפלזמה. בלעדיו, הטמפרטורה של הפלזמה תתחיל להשתנות, והאלקטרונים והיונים יתחילו להתאחד מחדש, והפלזמה פשוט תיעלם. במראות, האנרגיה הנקראת מתחדשת באנרגיה הנראית כתוצאה מתגובות תרמו-גרעיניות המתרחשות בגרעיניהן. ביחידת פלסמי פלסמי (ללא מגיבות גרעיניות) עבור ї pidrimki yenergіya, אז, Zzovni הוא בפזיזות, מוגדר בצורה של Elektroenergi, זינוק-תדר שדה אנרגטי של שדה הלייזר vypromіnyuvannya

לפריקת גז יש מספר רב של יונים חיוביים בשל היעילות הגבוהה של יינון ההשפעה, בעוד שריכוז היונים והאלקטרונים זהה. מערכת כזו של אלקטרונים ויונים חיוביים, המופצת באותו ריכוז, נקראת פְּלַסמָה . המונח "פלזמה" נטבע בשנת 1929. הפיזיקאים האמריקאים I. לנגמייר ול. טונקס.

הפלזמה הנובעת מפריקת גז נקראת פריקת גז; לפני זה מגיע הקצה החיובי של הפריקה שזוהרת, ערוץ הניצוץ והקשת נפרש.

גישה חיובית נקראת כך פלזמה לא איזותרמית. לפלזמה כזו יש אנרגיות קינטיות ממוצעות של אלקטרונים, יונים ומולקולות (אטומים) ניטרליים מסוגים שונים.

אנו יכולים לנחש את הקשר בין האנרגיה הקינטית הממוצעת של מולקולות של גז אידיאלי (לחץ הגז בפריקה מותכת קטן, כך שהוא יכול להיחשב אידיאלי) לבין הטמפרטורה

ניתן לאשר כי הטמפרטורות של רכיבי הפלזמה שונות. כך, הטמפרטורה האלקטרונית בפריקה, הזוהרת, בניאון בלחץ של 3 מ"מ. rt. אמנות, בערך 4∙10 4 K, והטמפרטורה של יונים ואטומים היא 400 K, והטמפרטורה של יונים של חומר שווה לטמפרטורה האטומית.

פלזמה, וזה המקום שבו הקנאה נכנסת:(דה אינדקסים" ה», « і», « א» משתרע אל אלקטרונים, יונים, אטומים) שנקרא איזותרמית . פלזמה כזו מתרחשת במהלך יינון בטמפרטורה גבוהה נוספת (קשת שנשרפת בלחץ אטמוספרי, ערוץ ניצוץ); למשל, בזרבובית בלחצים בלחץ גבוה (עד 1000 atm.) טמפרטורת הפלזמה מגיעה ל-10,000 K, טמפרטורת הפלזמה בזמן רטט תרמו-גרעיני קרובה לכמה עשרות מיליוני מעלות, במתקן TOKAMAK למעקב אחר תגובות תרמו-גרעיניות. - סגור רק 7∙10 6 ק.

פלזמה יכולה להיעלם רק במהלך מעבר הזרם דרך הגז. ניתן להעביר את הגז לטחנת פלזמה ולחמם לטמפרטורות גבוהות. האזורים הפנימיים של הכוכבים (חלון ושמש) נמצאים במצב פלזמה, שהטמפרטורה שלו מגיעה ל-10 8 K (איור 8.10).

האינטראקציה הקולומביאנית ארוכת הטווח של חלקיקים טעונים בפלזמה מובילה להומוגניות פלזמה ברורה, המאפשרת תשומת לב מיוחדת טחנת אגרגט רביעית של Rehovina.

הכוחות החשובים ביותר של הפלזמה :

פלזמה היא צורת הדיבור הרחבה ביותר בכל העולם. לבסוף, כוכבים אחרים נוצרים מפני השטח של פלזמה מיוננת בטמפרטורה גבוהה. מקור האנרגיה העיקרי בייצור דגנים הוא תגובות תרמודינמיות של סינתזה, כמו אלו של דגנים בטמפרטורות גבוהות. ערפיליות קרות ושטחי ביניים נמצאים גם הם ליד תחנת הפלזמה. יש לו ריח של פלזמה בטמפרטורה נמוכה, שהיינון שלה מיוצר בעיקר על ידי פוטויוניזציה בהשפעת מראות אולטרה סגולות ופולטות אור. במרחב הקרוב לכדור הארץ, פלזמה מיוננת חלשה נמצאת בחגורות הקרינה וביונוספירה של כדור הארץ. התהליכים המתרחשים בפלזמה זו קשורים לתופעות כמו סערות מגנטיות, הפרעה לתקשורת רדיו ארוכת טווח ותופעות קוטביות.

פלזמה של פריקת גז בטמפרטורה נמוכה, שנוצרת על ידי פריקות זוהרות, ניצוץ וקשת בגזים, נמצאת בשימוש נרחב בכלי אור שונים, בלייזרי גז, לריתוך, חיתוך, התכה וסוגים אחרים של עיבוד מתכות.

העניין המעשי העיקרי בפיזיקת פלזמה קשור לבעיה ההולכת וגוברת של היתוך תרמו-גרעיני - תהליך המסת גרעיני אטום קלים בטמפרטורות גבוהות במוחות הכבשן. תפוקת האנרגיה של הכור הופכת ל-10 5 קילוואט/מ"ר תגובות

בעובי פלזמה של 105 ס"מ - 3 וטמפרטורה של 108K.

כאשר פלזמה בטמפרטורה גבוהה מתפשטת (1950 r. SRSR, I. E. Tamm, A. D. Sakharov) על ידי שדה מגנטי חזק בתא טורואידאלי עם סלילים מגנטיים, בקצרה - טוקאמק. בתמונה בתינוק 8.11 מעגל טוקאמק: 1 - סלילה ראשונית של השנאי; 2 - סלילים של שדה מגנטי טורואידי; 3 - אניה, תא פנימי בעל קירות דקים לאימות השדה החשמלי הטורואידי; 4 - סלילים של שדה מגנטי טורואידי; 5 - תא ואקום; 6 - ליבה יצוקה (מוליך מגנטי).

נכון להיום, במסגרת התוכנית התרמו-גרעינית הקלה המתמשכת, מערכות חדשות כגון טוקאמק. לדוגמה, הרוסי הראשון נוצר בסנט פטרבורג טוקאמק כדורי"גלובוס-מ". מתוכנן לבנות טוקאמק TM-15 נהדר כדי לנטר עוד יותר את הבקרה של תצורת הפלזמה. הושק פיתוח ה-Tokamak KTM הקזחי לפיתוח טכנולוגיות אנרגיה תרמו-גרעינית. תרשים של ה-KTM Tokamak בקצה תא הוואקום מכוון אל התינוק 8.12.

התגובה התרמו-גרעינית הפעילה בפלזמה בטמפרטורה גבוהה תאפשר לאנושות בעתיד הקרוב לשחזר מקור אנרגיה כמעט בלתי מופק.

פלזמה בטמפרטורה נמוכה ( ט~ 10 3 K) מכירים את הקיפאון במנורות פריקת גז, לייזרים גז, ממירים תרמו-אלקטרוניים של אנרגיה תרמית וחשמל. אפשר ליצור מנוע פלזמה יעיל לתמרון בחלל החיצון וזרימות חלל קשות.

פלזמה משמשת כגוף עובד במנועי פלזמה רקטות ומחוללי MHD.

זרימת הפלזמה בשדה מגנטי נקבעת בשיטת המרה ישירה של האנרגיה הפנימית של הגז המיונן לאנרגיה חשמלית. שיטה זו מתוארת ב גנרטור מגנטו הידרודינמי(מחוללי MHD), שהתרשים העקרוני שלו מוצג באיור 8.13.

הגז המיונן המחומם מאוד, שנוצר כתוצאה משריפת הלהבה והעשרת תוצרי בעירה באדי מתכות, הסופגים את השלב המתקדם של יינון הגז, עובר דרך הזרבובית ומתרחב לזו החדשה. . במקרה זה, חלק מהאנרגיה הפנימית של הגז מומרת לאנרגיה הקינטית שלו. בשדה המגנטי הרוחבי (בוקטור הקטן 8.9 של אינדוקציה מגנטית של השדה המתיישר מעבר למישור הכיסא), נספגים יונים חיוביים בפעולת כוחות לורנץ אל האלקטרודה העליונה א, ואלקטרונים חופשיים - לאלקטרודה התחתונה לפני. כאשר האלקטרודות קצרות מבחוץ, זרם חשמלי זורם החוצה מהאנודה א,מחולל MHD, לקתודה השנייה לפני.

כוחה של הפלזמה מפריע לתכונות האלקטרומגנטיות של טווח האולטרה סגול וקיים בטלוויזיות פלזמה מודרניות בעלות מסך שטוח. יינון פלזמה במסך שטוח נוצר על ידי פריקת גז. הפריקה נובעת מהפצצת מולקולות גז על ידי אלקטרונים המואצים בשדה חשמלי – פריקה עצמאית. את הפריקה מנסים להגיע לפוטנציאל חשמלי גבוה - עשרות ומאות וולט. משטחי הגז הגדולים ביותר של תצוגות פלזמה הם תערובת של גזים אינרטיים המבוססים על הליום או ניאון בתוספת קסנון.

מסך של טלוויזיה שטוחה או תצוגה על אלמנטים מתקפלים עם פריקת גז עם מספר רב של מרכזים, שעורם הוא אלמנט עצמאי ורוטט. איור 8.14 מציג את העיצוב של ליבת הפלזמה, המורכבת מזרחן 1, אלקטרודות 2, אשר יוזמות פלזמה 5, כדור דיאלקטרי (MgO) 3, קשת 4, אלקטרודת כתובת 6. אלקטרודת הכתובת נמצאת באותו הזמן עם הראשית. הפונקציה של מוליך, התואמת את תפקוד הדגן המיוצר על ידי הזרחן, ב-bik gazer.

חיי השירות של מסך פלזמה כזה הוא 30 אלף. שָׁנָה

מסכי פריקת גז שטוחים המציגים תמונות צבעוניות מכילים שלושה סוגים שונים של זרחנים, המתחלפים בין אור אדום (R), ירוק (G) וכחול (B). טלוויזיה בעלת מסך שטוח עם מסך העשוי מאלמנטים של פריקת גז מכילה קרוב למיליון ליבות פלזמה קטנות שנאספו משלישיית RGB - פיקסלים ( פיקסל - אלמנט תמונה).

פְּלַסמָהנקרא גז מיונן מאוד, שבו הריכוזים של מטענים חיוביים ושליליים כמעט זהים. נפרד פלזמה בטמפרטורה גבוהה,מה קורה בטמפרטורות מעל גבוהות, זה פלזמה פריקת גז,מה קורה בזמן פריקת גז. פלזמה מאופיינת שלב היינון - יחס בין מספר החלקיקים המיוננים למספרם המלא ליחידת נפח פלזמה. חשוב לדבר על הגודל חלש( הגדר את החלקים למאה), בשלווה(- מספר מאות) ו אני אסביר( קרוב ל-100%) פלזמה מיוננת.

חלקיקים טעונים (אלקטרונים, יונים) של פלזמה פריקת גז, הנעים בשדה חשמלי מואץ, מציגים הבדל קינטי ממוצע.

אֵנֶרְגִיָה. זה אומר שהטמפרטורה ט ה גז אלקטרוני אחד, וגז יון אחד טі - אחרת, למה ט ה > טі . חוסר העקביות של הטמפרטורות הללו מצביע על כך שהפלזמה של פריקת הגז היא לֹא חָשׁוּבככה זה נקרא לא איזותרמית.השינוי במספר החלקיקים הטעונים במהלך תהליך הרקומבינציה בפלזמה של פריקת גז מתמלא ביינון השפעה על ידי אלקטרונים המואצים על ידי השדה החשמלי. יישום השדה החשמלי מוביל לקריסת פלזמת פריקת הגז.

פלזמה בטמפרטורה גבוהה חשוב לא פחותאחרת איזותרמית,לאחר מכן, בטמפרטורות נמוכות, מתרחשים שינויים במספר החלקיקים הטעונים כתוצאה מיינון תרמי. בפלזמה כזו נשמר איזון האנרגיות הקינטיות הממוצעות המשלבות פלזמה של חלקיקים שונים. לפלזמות כאלה יש כוכבים, אטמוספרות מראה ושמש. הטמפרטורה שלו יורדת לעשרות מיליוני מעלות.

העיקרון הבסיסי של פלזמה הוא החוזק המינימלי של החלקיקים הטעונים, אז אנחנו יכולים להתחיל לדבר על פלזמה ככזו. עובי זה נקבע בפיזיקה של פלזמה עקב חוסר אחידות L>>D,דה ל- גודל ליניארי של מערכת הטעינה של חלקיקים, ד- כך מדרג מסך רדיוס דבאייבסקי,הוא מעמד עליו מוקרן שדה קולומב כנגד מטען פלזמה.

לפלזמה הכוחות העיקריים הבאים: רמה גבוהה של יינון של גז, ביניהם - יינון חוזר; שווה לאפס של מטען החלל שנוצר (ריכוז החלקיקים החיוביים והשליליים בפלזמה כמעט זהה); מוליכות חשמלית גבוהה, וזרימות פלזמה נוצרות בעיקר על ידי אלקטרונים, כחלקים השבריריים ביותר; לעולם; אינטראקציה חזקה עם שדות חשמליים ומגנטיים; על ידי התנגשות של אלקטרונים בפלזמה בתדירות גבוהה (~=10 8 הרץ), המרטיטה את מצב הרטט הלוהט של הפלזמה; "קולקטיבי" - הדדי מיידי-

יש מספר רב של חלקיקים (בגזים אלמנטריים החלקיקים מקיימים אינטראקציה זה עם זה בזוגות). רשויות אלו מצביעות בבירור על ייחודה של הפלזמה, המאפשרת את השפעתם מחנה נאומים מיוחד, רביעי.

התפתחות הכוחות הפיזיקליים של הפלזמה מאפשרת, מצד אחד, להתמודד עם הרבה בעיות של האסטרופיזיקה, בעוד שבחלל החיצון פלזמה היא צורת הדיבור הנפוצה ביותר, מצד שני, היא חושפת את עקרונות האפשרות. של יצירת היתוך תרמו-גרעיני גרעיני. המטרה העיקרית של מחקר על היתוך תרמו-גרעיני הוא פלזמה בטמפרטורה גבוהה (~=10 8 K) עם דאוטריום וטריטיום (div. § 268).

פלזמה בטמפרטורה נמוכה (< 10 5 К) применяется в газовых лазерах, в термоэлектронных преобразователях и магнитогидродинамических генераторах (МГД-генераторах) - установках для не­посредственного преобразования тепловой энергии в электрическую, в плазменных ракетных двигателях, весьма перспектив­ных для длительных космических поле­тов.

פלזמה בטמפרטורה נמוכה, הכלול בפלסמטרונים, משמשת לחיתוך וריתוך מתכות, להסרת תרכובות כימיות מסוימות (למשל הלוגנידים של גזים אינרטיים), שלא ניתן להסירם בשיטות אחרות וכו'.

לשלוט באוכל

איזה מחקר נעשה כדי להבין את אופי הנוכחות של זרם חשמלי במתכות?

מהם הרעיונות העיקריים של תיאוריית דרוד-לורנץ?

השווה את סדר המהירויות הממוצעות של זרימה תרמית ומסודרת של אלקטרונים במתכות (למוחות קרובים לנורמליים ומקובלים בהנדסת חשמל).

מדוע לא ניתן לצמצם את הזרימה התרמית של אלקטרונים לזרימה חשמלית?

בהתבסס על התיאוריה הקלאסית של מוליכות חשמלית של מתכות, נגזר את הצורה הדיפרנציאלית של חוקי אוהם וג'ול-לנץ.

כיצד מסבירה התיאוריה הקלאסית של מוליכות חשמלית של מתכות את מיקומן של מתכות בהתאם לטמפרטורה?

מהן הבעיות של התיאוריה הקלאסית היסודית של מוליכות חשמלית של מתכות? מהם הגבולות?

מה נקרא הפלט הרובוטי של האלקטרון ואיך הוא מתוכנן? בשביל מה לשכב שם?

מהם הסוגים השונים של תופעות אלו? תן להם קרדיט.

הסבר את מאפיין הזרם-מתח של דיודת ואקום.

כיצד ניתן לשנות את עוצמת דיודת הוואקום? אם כן, אז מה?

כיצד ניתן להשיג אלקטרוניקה מקתודה קרה? מה שמה של התופעה הזו?

תן הסבר לחשיבות הברורה של מקדם הקאת האלקטרון המשני של הדיאלקטרי מאנרגיית האלקטרונים הנופלים.

תאר את תהליך היינון; ריקומבינציה.

מה ההבדל בין פריקת גז המקיימת את עצמה לבין פריקת גז שאינה מקיימת את עצמה? איזה נפש אתה צריך לשינה שלך?

כיצד נוכל להאשים את הזרם הנוכחי בהפרשת גז עצמאית?

תאר את סוגי פריקת הגז המקיימת את עצמה. מה שמיוחד?

באיזה סוג של פריקת גז יש להשתמש להבהוב?

מה ההבדל בין פלזמה שווה ולא חשובה?

הצג את הכוחות העיקריים של הפלזמה. איזה סוג של אפשרויות הן?

זבדניה

13.1. ריכוז מוליכות האלקטרונים במתכת הוא 2.5 10 22 ס"מ -3. חשב את הנזילות הממוצעת של האלומה המסודרת שלהם עבור עובי הנחל 1 A/mm 2.

13.2. פלט האלקטרונים מטונגסטן הופך ל-4.5 eV. זה אומר כמה פעמים עוצמת הזרימה תגדל בטמפרטורה מוגברת של 2000 עד 2500 K. [לפי 290]

13.3. תפוקת האלקטרונים מהמתכת היא יותר מ-2.5 eV. חשב את נזילות האלקטרון הזורם מהמתכת, מכיוון שהוא מכיל אנרגיית מים של 10 -1 8 J.

13.4. האוויר בין הלוחות של קבל שטוח מיונן על ידי קרינת רנטגן. חוזק הזרם הזורם בין הלוחות הוא 10 µA. שטח צלחת העור של הקבל הוא 200 ס"מ 2, המרחק ביניהם הוא 1 ס"מ, הפרש הפוטנציאל הוא 100 V. נפח היונים החיוביים b + = 1.4 ס"מ 2 / (V s) עד שלילי b - = 1.9 ס"מ 2); המטען של יון העור גבוה מהמטען האלמנטרי. חשב את ריכוז זוגות היונים בין הלוחות, אם הזרם רחוק מהרוויה.

13.5. עוצמת הלחץ בזמן פריקה לא עצמית היא 9.6 pA. חשב את מספר זוגות היונים שנוצרים באחד המייננים החיצוניים.

* תופעה זו נקראה זה מכבר האש של אלמו הקדוש.

* K. Rikke (1845-1915) - פיזיקאי גרמני.

פלזמה מנורת פלזמה הממחישה את השלבים של תאי פלזמה מתקפלים במיוחד, כולל נימה. זוהר הפלזמה נגרם על ידי מעבר אלקטרונים ממצב של אנרגיה גבוהה למצב נמוך אנרגיה לאחר ריקומבינציה עם יונים. תהליך זה מתבצע עד לשינוי הספקטרום, מה שמעיד על הגז הנרגש.

המילה "יינון" פירושה שמקליפות האלקטרונים של חלק ניכר מהאטומים או מולקולות האטומים הם מקבלים אלקטרון אחד. המילה "מעין-נייטרלי" פירושה שללא קשר לנוכחותם של מטענים חזקים (אלקטרונים ויונים), המטען החשמלי הכולל של הפלזמה הוא בערך אפסי. נוכחותם של מטענים חשמליים חזקים יוצרת פלזמה מוליכה בפלזמה, מה שאומר הרבה יותר (בהשוואה למצבי צבירה אחרים) אינטראקציה בין הקוסמוס לבין שדות מגנטיים וחשמליים. השלב הרביעי של הדיבור התגלה על ידי וו. קרוקס בשנת 1879 ונקרא "פלזמה" I. לנגמייר נולד ב-1928, אולי דרך קשר לפלסמת דם. לנגמייר כתב:

כולל שטח האלקטרודות, שבו יש מספר קטן של אלקטרונים, גז מייננן מכיל יונים ואלקטרונים כמעט באותו מספר, כתוצאה מכך, המטען הכולל של המערכת קטן מאוד. אנו משתמשים במונח "פלזמה" כדי לתאר את האזור הניטרלי בדרך כלל חשמלית המורכב מיונים ואלקטרונים.

פורמי פלזמה

על פי התופעות הנוכחיות, מצב הפאזה של רוב הדיבור (כ-99.9%) בעולם הוא פלזמה. כל הכוכבים נוצרים מפלזמה, והחלל ביניהם מתמלא בפלזמה, גם אם הוא נדיר עוד יותר (החלל המופלא ביניהם). לדוגמה, כוכב הלכת צדק מכיל כמעט את כל הזרם של מערכת סוניה, שנמצא במצב "לא פלזמי" (נדיר, מוצק ודמוי גז). בכך מסת צדק הופכת לפחות מ-0.1% מהמסה של מערכת סוניה, והנפח קטן עוד יותר: רק 10-15%. במקרה זה, החלקיקים הקטנים הממלאים את המרחב הקוסמי ונושאים מטען חשמלי, יכולים להיחשב יחדיו כפלזמה, המורכבת מיונים מטענים-על (פלזמה מפוארת).

פרמטרים של כוח ופלזמה

אספקת פלזמה

פלזמה היא לעתים קרובות גז מיונן מאוד, שבו כוחם של מטענים חיוביים ושליליים הוא כמעט זהה. אחרת, מערכת הטעינה של תדרים אלה יכולה להיקרא פלזמה. לפלזמה יש כוח כזה:

• עובי מספיק: החלקיקים הטעונים חייבים להיות קרובים זה לזה, כך שהעור שלהם יקיים אינטראקציה עם כל מערכת החלקיקים הטעונים, המפוזרים מקרוב. התודעה חשובה מכיוון שמספר החלקיקים הטעונים בספירת השטף (כדור עם רדיוס דבי) מספיק כדי לייצר אפקטים קולקטיביים (ביטויים דומים הם הכוח הטיפוסי של הפלזמה). מבחינה מתמטית, ניתן לבטא Qiu באופן הבא:

• עדיפות של אינטראקציות פנימיות: הרדיוס של מסך Debye עשוי להיות קטן בהשוואה לגודל האופייני של הפלזמה. קריטריון זה אומר שהאינטראקציות המתרחשות באמצע הפלזמה משמעותיות יותר מההשפעות על פני השטח שלה שניתן לזהות. ברגע שהמוח התנקז, ניתן לטפל בפלזמה מעין ניטרלית. מבחינה מתמטית זה נראה כך:

מִיוּן

פלזמה מחולקת ל מושלםі לֹא מוּשׁלָם, טמפרטורה נמוכהі טמפרטורה גבוהה, חשוב לא פחותі לֹא חָשׁוּבבמקרה זה, פלזמה קרה לרוב אינה חשובה, ופלזמה חמה חשובה לא פחות.

טֶמפֶּרָטוּרָה

בעת קריאת ספרות מדעית פופולרית, הקורא מחשב לעתים קרובות ערכי טמפרטורת פלזמה בסדר גודל של עשרות, מאות אלפים, או אפילו מיליוני מעלות צלזיוס או K. כדי לתאר פלזמה בפיזיקה, למדוד ידנית את הטמפרטורה לא ב-°C, אלא ביחידות של זרימת האנרגיה האופיינית לטמפרטורה של חלקיקים, למשל, אלקטרונים -וולט (eV). כדי להמיר את הטמפרטורה לאיחוד האירופי, אתה יכול להשתמש במהירות במשוואות הבאות: 1 ev = 11600 K (קלווין). ברור שטמפרטורות של עשרות אלפי מעלות צלזיוס ניתנות להשגה בקלות.

בפלזמה חסרת חשיבות, טמפרטורת האלקטרונים עולה באופן משמעותי על טמפרטורת היונים. זה מתרחש באמצעות השינויים במסת היונים והאלקטרונים, מה שמקשה על תהליך חילופי האנרגיה. מצב זה מתרחש בפריקות גזים, כאשר יש להן טמפרטורה של כמאות, ולאלקטרונים יש טמפרטורה של כעשרות אלפי K.

לפלזמה שווה יש טמפרטורות שוות. עבור תהליך זה של יינון, הטמפרטורה הנדרשת שווה לפוטנציאל היינון, ופלזמה חמה (עם טמפרטורה של יותר מכמה אלפי K) חשובה באותה מידה.

מוּשָׂג פלזמה בטמפרטורה גבוההויקוריסטוב קורא לפלסמת היתוך תרמו-גרעיני, שמגיעה לטמפרטורות של מיליוני K.

שלב יינון

על מנת שהגז יעבור בפלזמה, עליו להיות מיונן. שלב היינון הוא פרופורציונלי למספר האטומים שאיבדו או איבדו אלקטרונים, וההפקדה הגדולה ביותר של טמפרטורה. Navigo הגז בגז, ב-Yak Men, 1% של Partnons נמצא בתחנה ionized, Viyavlyati Adeki Typovi Plazmi (Iz הדדי קורא Elektromagnikhniye שדה של eska של Elekprooproprovіdniya). שלב יינון α מצוין כ α = נאני/( נ i+ נדה נ i הוא ריכוז היונים, ו נ a - ריכוז של אטומים ניטרליים. ריכוז אלקטרונים חופשיים בפלזמה לא טעונה נ e מסומן על ידי קשרים ברורים: נה =<ז> נאני, דה<ז> - ערך ממוצע של מטען יוני פלזמה.

פלזמה בטמפרטורה נמוכה מאופיינת ברמת יינון נמוכה (עד 1%). שרידים של פלזמה כזו מיוצרים לרוב בתהליכים טכנולוגיים, ולעיתים נקראים פלזמות טכנולוגיות. לרוב הם נוצרים בעזרת שדות חשמליים, המאיצים אלקטרונים, שבתורם מייננים אטומים. שדות חשמליים מוכנסים לגז באמצעות צימוד אינדוקטיבי או אמנזי נוסף (פלזמה בשילוב אינדוקטיבי). יישומים אופייניים של פלזמה בטמפרטורה נמוכה כוללים שינוי פלזמה של תכונות פני השטח (התכת יהלומים, ניטרידינג מתכת, שינוי צמיגות), תחריט פלזמה של משטחים (תעשיית הדלק), טיהור גז וקרינה (אוזון של מים והסרה של חלקיקי פיח במנועי דיזל) .

פלזמה חמה עשויה כבר להיות מיוננת לחלוטין (שלב היינון ~100%). קראו לעצמכם להבין את "מחנה המצטבר הרביעי של הדיבור". אתה יכול להכות את Sontse עם התחת שלך.

גוסטינה

מלבד הטמפרטורה, שהיא חשובה ביסודה ליצירת פלזמה, ההשפעה החשובה ביותר של הפלזמה היא העובי. מילים שהתקבלו עובי פלזמה zazvichay פירושו צפיפות אלקטרונים, ואז מספר האלקטרונים החופשיים ביחידת נפח (באופן ברור, כאן נקראת הצפיפות ריכוז - לא המסה של יחידת נפח, אלא מספר החלקיקים ביחידת נפח). בפלזמה מעין ניטרלית עובי יוניםהקשורים אליו בצורה של מספר המטען הממוצע של יונים:. הכמות החשובה ביותר היא חוזקם של אטומים ניטרליים. פלזמה חמה היא קטנה, אך עשויה להיות חשובה לפיזיקה של תהליכי פלזמה. כאשר בוחנים תהליכים בפלזמה צפופה ולא אידיאלית, פרמטר אופייני הוא עובי הפלזמה, שנקבע כיחס של המרחק הבין-חתך הממוצע לרדיוס בוהר.

מעין נייטרליות

מכיוון שפלזמה היא מוליך טוב, כוח חשמלי הוא בעל חשיבות רבה יותר. פוטנציאל פלזמהאחרת מרחב פוטנציאליציין את הערך הממוצע של הפוטנציאל החשמלי בנקודה זו. ברגע שגוף מוכנס לפלזמה, הפוטנציאל שלו בשלב הגז יהיה קטן מפוטנציאל הפלזמה עקב כדור הדבי. פוטנציאל זה נקרא פוטנציאל צף. באמצעות מוליכות חשמלית טובה, הפלזמה אינה מגינה על כל השדות החשמליים. זה מוביל להופעת מעין ניטרליות - עובי מטענים שליליים עם דיוק טוב שווה לעובי של מטענים חיוביים (). באמצעות המוליכות החשמלית הטובה של הפלזמה, שדה המטענים החיוביים והשליליים אינטנסיבי במהלך הוויכוחים הגדולים של הדוג'ין ושעות התקופה הגדולה של התנגשויות הפלזמה.

התחת של פלזמה שאינה מעין ניטרלית מייצרת אלומת אלקטרונים. עם זאת, העובי של פלזמות לא נייטרליות עשוי להיות אפילו פחות, אחרת הסירחון יתפרק במהירות מעבר לציפוי הקולומב.

שונות במפעל דמוי גז

פלזמה נקראת לעתים קרובות מחנה נאומים רביעי. הוא יוצא משלושה אגרגטים פחות אנרגטיים של חומר, אם כי הוא דומה לשלב הגז בכך שאין לו צורה או נפח ספציפיים. עד עכשיו נדון בשאלה האם נקנח את הפלזמה עם טחנת אגרגט או פשוט עם גז חם. רוב הפיזיקאים מעריכים שפלזמה היא, במידה רבה, גז נמוך יותר באמצעות הפונקציות הבאות:

קופסאות פלזמה מתקפלות

למרות שהסיבה העיקרית לתיאור השפעות הפלזמה היא כמובן פשוטה, במצבים מסוימים הם אינם יכולים לייצג בצורה מספקת את ההתנהגות של פלזמה אמיתית: הסיבה להשפעות כאלה היא הכוח האופייני של מערכות קיפול, וזו הסיבה שפשוט להשתמש בכלים לתיאור זה.ודגמים. ההבדל הגדול ביותר בין המצב האמיתי של הפלזמה לבין התיאור המתמטי נצפה באזורי הגבול כביכול, שבהם הפלזמה נעה ממצב פיזי אחד למשנהו (לדוגמה, מרמה נמוכה של יינון לרמה גבוהה של izatsiyny). כאן לא ניתן לתאר את הפלזמה באמצעות פונקציות מתמטיות חלקות פשוטות או בשל הגישה הסטטית. השפעות כגון שינוי ספונטני בצורת הפלזמה נובעות ממורכבות האינטראקציה של חלקיקים טעונים היוצרים את הפלזמה. תסמינים כאלה מופיעים מכיוון שהם מופיעים בחדות ומתמשכים. רבים מהם נבדקו תחילה במעבדות, ולאחר מכן התגלו ביקום.

תיאור מתמטי

ניתן לתאר פלזמה ברמות שונות של פירוט. לכן, פלזמה מתוארת בשילוב עם שדות אלקטרומגנטיים. תיאור מלא של החוטים והשדות האלקטרומגנטיים ניתן בתורת התופעות המגנטוהידרודינמיות או תורת ה-MHD.

דגם נוזלי (נוזל).

במודל הנוזל, אלקטרונים מתוארים במונחים של חוזק, טמפרטורה ונזילות ממוצעת. המודל מבוסס על: איזון עובי, איזון שימור דחפים, איזון אנרגיית האלקטרונים. כך הם נראים בדגם המקורי.

תיאור קינטי

עם זאת, נראה שהדגם המקורי אינו מספיק לתיאור פלזמה. תיאור מפורט יותר ניתן על ידי המודל הקינטי, שבו פלזמה מתוארת במונחים של תפקוד התפלגות האלקטרונים מאחורי קואורדינטות ודחפים. המודל מבוסס על משוואת בולצמן. התיאוריה של בולצמן לא קשה לתאר את הפלזמה של חלקיקים טעונים עם אינטראקציה קולומביאנית בשל האופי ארוך הטווח של הכוחות הקולומביאנים. לכן, כדי לתאר פלזמה עם אינטראקציה של קולומב, נעשה שימוש במערכת היחסים של ולאסוב עם השדה האלקטרומגנטי שנוצר על ידי חלקיקי פלזמה טעונים. התיאור הקינטי חייב להתבסס על נוכחות של שיווי משקל תרמודינמי או על נוכחות של חוסר אחידות פלזמה חזקות.

חלקיק בתא

מודלים של חלקיקים בתא הם יותר מדווחים, פחות קינטיים. הם כוללים מידע קינטי דרך נתיב התנועה מאחורי המסלולים של מספר רב של חלקיקים מסביב. חוזק המטען החשמלי והזרם נקבע על ידי התחשבות במספר החלקיקים באמצע, שהם קטנים בהשוואה למשימות שניתן לראות, או, לא פחות, להכיל מספר רב של חלקיקים. השדות החשמליים והמגנטיים נקבעים על פי עוצמת המטענים והזרמים בין הליבות.

מאפיינים בסיסיים של פלזמה

כל הערכים ניתנים ביחידות CGS גאוסיות, ואחריהן טמפרטורה, הניתנת ב-eV, ומסת יונים, הניתנת ביחידות מסת פרוטון; ז- מספר חיוב; ק- עמדת בולצמן; לפני- dovzhina hvili; γ - אינדקס אדיאבטי; ln Λ - לוגריתם של קולומב.

תדרים

• תדר לרמור של אלקטרון, תדירות החיתוך של התנועה המעגלית של אלקטרון במישור המאונך לשדה המגנטי:

• תדירות לרמור של יון, תדירות החיתוך של התנועה המעגלית של היון במישור המאונך לשדה המגנטי:

• תדר פלזמה(תדירות תנודות פלזמה), התדירות שבה אלקטרונים מתנודדים עקב מיקומם השווה, כשהם נעקרים על ידי יונים:

• תדר פלזמה יונים:

• תדירות כיבוי אלקטרונים

• תדר מיתוג יונים

דובז'יני

• יונת האלקטרון של דה ברולייום השנה של האלקטרון במכניקת הקוונטים:

• מרחק קירבה מינימלי לירידה קלאסית, המרחק המינימלי שבו שני חלקיקים טעונים יכולים להתקרב זה לזה עם מגע חזיתי ונזילות קלח, המציינת את הטמפרטורה של החלקיקים, ללא השפעות מכניות קוונטיות:

• רדיוס גירומגנטי של אלקטרוןרדיוס התנועה המעגלית של האלקטרון במישור המאונך לשדה המגנטי:

• רדיוס ג'ירומגנטי יונים, רדיוס התנועה המעגלית של היון במישור המאונך לשדה המגנטי:

• גודל של כדור פלזמה עור, שימו לב כי חוטים אלקטרומגנטיים יכולים לחדור לפלזמה:

• רדיוס דבי (Debye dovzhina), עמוד על כל שדה חשמלי ומסך מאחורי מסגרת האלקטרונים:

שווידקוסטי

• נזילות תרמית אלקטרוניםנוסחה להערכת נזילות אלקטרונים תחת חלוקת מקסוול. הנזילות הממוצעת, הנזילות הקיצונית ביותר והנזילות הריבועית הממוצעת מחולקות לסוגים שונים על ידי מכפילים בסדר גודל של אחד:

• נזילות תרמית של יוןנוסחה להערכת הנזילות של יונים בחלוקת מקסוול:

• נזילות צליל יוניםנזילות של צינורות יוני-קוליים מאוחרים:

• השבדיות של אלפן,הדרו של הווילות האלפבניות:

כמויות חסרות מימד

• שורש ריבועי של יחס המסה של אלקטרון ופרוטון:

• מספר החלקיקים בכדור דבי:

• חידוש הנזילות של Alfvén לנזילות קלה

• הקשר בין תדרי פלזמה וללמור עבור אלקטרונים

• הקשר בין תדרי פלזמה וללמור עבור היון

• העברת אנרגיה תרמית ומגנטית

• הגדרת אנרגיה מגנטית לאנרגיה הרגועה של יונים

אחרת

• מקדם דיפוזיה בוהמיאני

• תמיכת שפיצר רוחבית