W1 Plazma

Ciśnienie
PLAZMA IV STAN SKUPIENIA
Ciecz
Ciało
stałe
Gaz
Plazma
Temperatura
1000
300
Ciało stałe
3000
10 000
30 000
[K]
Ciecz
Gaz
Cząstki
Plazma
0,1
[eV/cząstkę]
PLAZMA
A
hγ
A*
A*
A*
A2
A2*
A
A*
A2
A2*
Plazma mieszanina gazowa
elektrycznie obojętna w skład,
której wchodzą: elektrony, jony,
atomy i cząsteczki wzbudzone,
atomy i cząsteczki obojętne oraz
fotony.
n = n + n + n + ..n
e
j1
j2
j3
jn
ne
α=
n0
- stopień jonizacji
PLAZMA
Skład plazmy azotowej
ciśnienie atmosferyczne
PLAZMA
Synteza jądrowa
Jądro słońca
108
Tokamak
Temperatura [K]
Korona słońca
106
Wiatr słoneczny
Ciała stałe
Ciecze i gazy
Niska temperatura
duŜa gęstość
104
Zorza
103
103
109
1015
1021
Gęstość elektronów [cząstek/m3]
1027
1033
PLAZMA GORĄCA JĄDRO SŁOŃCA
T = 1,4·107 K,
ne = 1028 -10311/m3
p = 109MPa,
ρ = 100 g/cm3
ρs = 1,4 g/cm3
wodór 76 %, hel – 17%
PLAZMA GORĄCA
KORONA SŁONECZNA
T = 2 - 5*106 K
ne = 1012 - 1020 1/m3
PLAZMA GORĄCA
WIATR SŁONECZNY
T ≈105K
ne = 108 1/m3
V = 4·105 km/s
PLAZMA GORĄCA
SYNTEZA JĄDROWA (Tokamak)
T =108 K, ne = 2·10211/cm3
PLAZMA ZIMNA
(NISKOTEMPERATUROWA)
ZORZA POLARNA
ne ~ 109 1/m3
Plazma zimna
Wyładowania atmosferyczne
Te = Tg
WYŁADOWANIA ELEKTRYCZNE
PLAZMA ZIMNA
Neony
Wyładowanie
mikrofalowe
Plazmotron
6 000 – 20 000K
PLAZMA A GAZ OBOJĘTNY
A2*
A
A
Plazma
A2* A*
A*
A2
hγ
A*
A*
A
A
A A
A2
A
A
A
A
A
A A
A
A
A
Gaz
A A
A
v
v
v
Cząstki naładowane:
Cząstki neutralne:
Oddziaływanie zewnętrznych pól: zderzenia bezpośrednie
elektrycznego, magnetycznego,
brak oddziaływań
oddziaływania wzajemne,
anizotropia w polu magnetycznym
TEMPERATURA CZASTEK GAZU
T1
n
n0
T2
1 2 1
Wk = mv x = kT
2
2
T1 < T2
3 2 3
Wk = mv k = kT
2
2
v
vp =
2kT
m
vk =
3kT
m
1eV = 1,6 ⋅10
− 29
J ≈ 11600K
2
k
mv
T=
3k
GAZ IDEALNY
p
n =
kT
k = 1,38·10-23 J/K
1
2
p = nmv k
3
1 2 3
mv k = kT
2
2
Prawo Daltona
p = p1 + p2 + p3 + ..... = kT (n1 + n2 + n3 + ....)
KWAZINEUTRALNOŚĆ PLAZMY
n
e
= n
j1
+ n
j2
+ n
j3
+ .. n
jn
E
x
n = 1019 1/m3
α = 0,01
x = 1 cm
E = 105 V/cm
W = eEx
2
e n 2
d = kT
εo
ε o kT
T
= 69
d=
2
n
ne
n = 1019 1/m3
T = 2500 K
d ≈ 10-6 m
CZĘSTOTLIWOŚĆ PLAZMOWA
E
Częstotliwość plazmowa
(Langmuira)
Czas rozdzielenia ładunku
τ= =
1
f
2π
ωo
H
me = 0,911·10-27g,
mj = 1,67·10-24g
ωe =
n ee 2
εo me
ωj =
n jZ 2j
εo m j
ωo = ω + ω
2
e
f ≅ 9 ne
2
j
ne = 107 m-3
f = 898 MHz
EKRANOWANIE, ZJAWISKO
DEBYE’A
e
V(x) =
4πεo x
V
−x
e
V(x) =
ed
4πεo x
x
0
d
2d
3d
DEFINICJA PLAZMY
Plazma
jest
gazem
zjonizowanym
zawierającym róŜnoimienne ładunki o
całkowitym ładunku równym zero, w
którym odległość rozdzielenia ładunków
„d” jest znacznie mniejsza od jego
rozmiarów (d << r).
n e min
ε o kTe
= 2 2
er
GŁĘBOKOŚĆ WNIKANIA POLA
ELEKTRYCZNEGO W PLAZMĘ
d
Plazma
DŁUGOŚĆ OSŁANIANIA
(EKRANOWANIA)
d
Plazma