Plasma — jenis, sifat dan parameter

Plasma ialah keadaan pengagregatan jirim keempat — gas terion tinggi di mana elektron, serta ion bercas positif dan negatif, hampir mengimbangi sepenuhnya cas elektrik satu sama lain. Akibatnya, jika kita cuba mengira jumlah caj dalam mana-mana isipadu kecil plasma, ia akan menjadi sifar. Ciri ini membezakan plasma daripada rasuk elektron dan ion. Sifat plasma ini dipanggil quasi-neutrality.

Sehubungan itu (berdasarkan definisi), plasma dicirikan, bergantung pada nisbah bilangan zarah bercas dalam isipadunya kepada jumlah bilangan zarah konstituennya, mengikut tahap pengionan:

• plasma terion lemah (sebahagian daripada peratusan isipadu zarah terion);

• plasma terion sederhana (beberapa peratus daripada isipadu zarah terion);

• sangat terion (hampir 100% zarah dalam isipadu gas terion).

Jenis plasma — suhu tinggi dan pelepasan gas

Plasma boleh menjadi suhu tinggi dan pelepasan gas. Yang pertama berlaku hanya dalam keadaan suhu tinggi, yang kedua - semasa pencairan ke dalam gas.Seperti yang anda ketahui, bahan boleh berada dalam salah satu daripada empat keadaan jirim: yang pertama adalah pepejal, yang kedua adalah cecair, dan yang ketiga adalah gas. Dan oleh kerana gas yang sangat dipanaskan masuk ke keadaan seterusnya - keadaan plasma, oleh itu ia adalah plasma yang dianggap sebagai keadaan pengagregatan jirim keempat.

Zarah gas yang bergerak dalam isipadu plasma mempunyai cas elektrikoleh itu, semua syarat ada untuk plasma mengalirkan arus elektrik. Di bawah keadaan biasa, plasma pegun melindungi medan elektrik luaran yang berterusan, kerana dalam kes ini pemisahan spatial cas elektrik berlaku di dalam isipadunya. Tetapi oleh kerana zarah bercas plasma berada di bawah keadaan tertentu, berbeza daripada suhu sifar mutlak, terdapat jarak minimum apabila neutral semu dilanggar pada skala yang lebih kecil daripadanya.

Dalam medan elektrik yang memecut, zarah bercas plasma nyahcas gas mempunyai tenaga kinetik purata yang berbeza. Ternyata suhu gas elektron berbeza daripada suhu gas ion di dalam plasma; oleh itu, plasma pelepasan gas tidak berada dalam keseimbangan dan dipanggil plasma bukan keseimbangan atau bukan isoterma.

Oleh kerana bilangan zarah bercas plasma nyahcas gas berkurangan semasa penggabungan semula mereka, zarah bercas baharu segera terbentuk dalam proses pengionan hentaman oleh elektron yang dipercepatkan oleh medan elektrik. Tetapi sebaik sahaja medan elektrik yang digunakan dimatikan, plasma pelepasan gas serta-merta hilang.

Plasma suhu tinggi ialah plasma isoterma atau keseimbangan. Dalam plasma sedemikian, pengurangan bilangan zarah bercas akibat penggabungan semulanya ditambah kerana pengionan haba.Ini berlaku pada suhu tertentu. Purata tenaga kinetik zarah yang membentuk plasma adalah sama di sini. Bintang dan Matahari diperbuat daripada plasma suhu tinggi (pada suhu berpuluh juta darjah).

Untuk plasma mula wujud, ketumpatan minimum zarah bercas tertentu dalam isipadunya diperlukan. Fizik plasma menentukan nombor ini daripada ketaksamaan L >> D. Saiz linear L bagi zarah bercas adalah jauh lebih besar daripada jejari saringan Debye D, iaitu jarak di mana saringan medan Coulomb bagi setiap cas plasma berlaku.

Sifat plasma

Bercakap tentang sifat penentu plasma, ia harus disebutkan:

• tahap pengionan gas yang tinggi (maksimum - pengionan penuh);

• sifar jumlah caj plasma;

• kekonduksian elektrik yang tinggi;

• bersinar;

• interaksi yang kuat dengan medan elektrik dan magnet;

• frekuensi tinggi (kira-kira 100 MHz) ayunan elektron di dalam plasma, yang membawa kepada getaran keseluruhan isipadu plasma;

• interaksi kolektif sejumlah besar zarah bercas (dan bukan berpasangan, seperti dalam gas biasa).

Pengetahuan tentang ciri-ciri sifat fizikal plasma membolehkan saintis bukan sahaja mendapatkan maklumat tentang ruang antara bintang (hanya diisi terutamanya dengan plasma), tetapi juga memberi sebab untuk bergantung pada prospek pemasangan gabungan termonuklear terkawal (berdasarkan plasma suhu tinggi deuterium dan tritium).

Plasma suhu rendah (di bawah 100,000 K) sudah digunakan hari ini dalam enjin roket, laser gas, penukar termionik dan penjana MHD yang menukar tenaga haba kepada tenaga elektrik.Dalam plasmatron, plasma suhu rendah diperolehi untuk mengimpal logam dan untuk industri kimia, di mana halida gas lengai tidak boleh diperolehi dengan kaedah lain.