Fizica plasmei. Fundamentele fizicii plasmei

Timpii când plasma asociată cu noi cu ceva ireal, de neînțeles, fantastic, sunt de mult apuse. Astăzi, acest concept este utilizat pe scară largă. Plasma utilizată în industrie. Cea mai ambițioasă a utilizării sale în tehnologia de iluminare. Exemplu - lămpi cu descărcare în gaz, iluminând stradă. Dar, în lămpi fluorescente este prezent. Este, de asemenea, în sudura electrica. După sudare cu arc - este plasma generată de torței cu plasmă. Se pot cita multe alte exemple.

Fizica plasmei - este o ramură importantă a științei. Prin urmare, este necesar să se înțeleagă conceptele de bază legate de acesta. Acesta este subiectul articolului nostru.

Definiție și tipuri de plasmă

Ce este plasmă? Determinarea în fizică este dat destul de clar. Plasma se numește o stare de material în care acesta din urmă are o semnificativă (proporțională cu numărul total de particule), numărul de particule încărcate (purtătoare) capabile mai mult sau mai puțin liber să se deplaseze în interiorul substanței. Putem distinge următoarele tipuri principale de fizica plasmei. În cazul în care operatorii de transport aparțin particulelor de un anumit tip (și de semn opus al particulelor de sarcină, de neutralizare a sistemului nu au libertate de mișcare), aceasta se numește singură componentă. In caz contrar, este - două sau multicomponent.

Caracteristici de plasmă

Deci, vom descrie pe scurt conceptul de plasmă. Fizica - o știință exactă, deci fără definiții nu pot face. Acum spune despre principalele caracteristici ale acestei stări a materiei.

proprietăți ale plasmei în aceste fizica. În primul rând, în această stare, sub acțiunea forțelor electromagnetice deja mici, există o mișcare a vehiculelor - curentul care curge în așa fel și atâta timp cât aceste forțe nu vor dispărea din cauza screening-ul surselor lor. Prin urmare, plasma în cele din urmă intră într-o stare în care este cvasi-neutru. Cu alte cuvinte, volumul său, o mare cantitate de microscopice, au zero taxa. A doua caracteristică a plasmei este legată de natura pe distanțe lungi al forțelor lui Ampère Coulomb și. Aceasta constă în faptul că mișcarea în această stare, de regulă, au un caracter colectiv, care implică un număr mare de particule incarcate. Acestea sunt proprietățile de bază ale fizicii plasmei. Ei ar fi util să-și amintească.

Ambele aceste caracteristici conduc la faptul că fizica de plasmă extrem de bogată și diversă. Manifestarea cea mai izbitoare este ușurința de apariție a diferitelor tipuri de instabilități. Acestea sunt obstacole serioase în aplicarea practică a plasmei. Fizica - știința care este în continuă evoluție. Prin urmare, se speră că, în timp, aceste obstacole vor fi eliminate.

Plasma în lichide

Revenind la exemplul specific al structurii, vom începe prin luarea în considerare subsisteme de plasmă în materia condensată. fluide suplimentare trebuie numite în principal metale lichide - un exemplu, care corespunde subsistemului plasma - un singur electroni cu plasmă purtător component. Strict vorbind, suntem interesați în categoria ar trebui să fie atribuită, și un electrolit lichid, care sunt purtători - ioni ai ambelor semne. Cu toate acestea, din diverse motive, electroliți nu aparțin acestei categorii. Una dintre ele constă în faptul că, în electrolit fără lumină, purtători în mișcare, cum ar fi electroni. Prin urmare, proprietățile plasmatice menționate mai sus sunt exprimate în mod semnificativ mai slabe.

cristale de plasmă

Plasma din cristale are un nume special - plasmă în stare solidă. În cristale ionice, deși există taxe, dar ele sunt încă. Prin urmare, nu există nici o plasmă. In metale - sunt electroni de conductivitate care constituie plasma-o singură componentă. Tariful ei este compensată de taxa fixă (mai precis, pot să se deplaseze pe distanțe lungi) de ioni.

Plasma în semiconductori

Având în vedere elementele fundamentale ale fizicii plasmei, trebuie remarcat faptul că, în semiconductori situația este mai diversă. Pe scurt-l caracterizează. OCP pentru aceste substanțe pot să apară dacă le introduceți în impuritățile relevante. Dacă impuritatea dona cu ușurință electroni (donatori), atunci sunt purtători de tip n - electroni. Dacă impuritatea, în contrast, electronii ușor colectate (Acceptoare), atunci sunt purtători de tip p - găuri (spații goale în distribuția de electroni), care se comportă ca particule cu o sarcină pozitivă. Plasma cu două componente este format din electroni și găuri are loc în semiconductori mod chiar mai ușor. De exemplu, este vorba sub acțiunea luminii de pompare, bombardat cu electroni din banda de valență la banda de conducție. Rețineți că, în anumite condiții, electroni și găuri sunt atrași unul de celălalt, pot forma un stat legat, similar cu atomul de hidrogen, - un exciton, iar dacă intensitatea pompei și densitatea excitonilor este mare, ele se amesteca impreuna pentru a forma o picătură de lichid electron-gol. Uneori, această condiție este considerată o nouă stare a materiei.

ionizare de gaz

Aceste exemple se referă la cazuri specifice ale stării de plasmă și plasmă în formă pură este numit gaz ionizat. Prin ionizarea lui poate provoca mai mulți factori: câmpul electric (evacuarea de gaze, o furtună), fluxul luminos (photoionization), particula rapidă (radiații de surse radioactive, raze cosmice, care au fost deschise și gradul crescător de ionizare a înălțimii). Cu toate acestea, principalul factor este încălzirea gazului (ionizare termică). În acest caz, separarea electronilor din conductorii de atom se ciocnesc cu alte particule de gaz din urmă având energie cinetică suficientă din cauza temperaturii ridicate.

Cu temperatură ridicată și plasmă joasă temperatură

fizicii plasmei la temperatură scăzută - ceva cu care vin în contact în fiecare zi. Exemple de astfel de condiții pot fi o flacără, substanța în evacuarea gazului și fulgere, diferite tipuri de spațiu plasma rece (ionosferei și planete magnetosfera și stele), substanța de lucru în diferitele dispozitive tehnice (generatoare MHD, motoare cu plasmă, arzătoare și așa mai departe. N.) . Exemple de plasma fierbinte - (. Tokamak, dispozitiv cu laser, și un aparat cu fascicul al) materialul stea în toate stadiile evoluției lor, cu excepția copilăriei timpurii și bătrânețe, fluidul de lucru în sistemele de fuziune controlate nuclear.

A patra stare a materiei

O jumătate de secol în urmă, mulți fizicieni și chimiști au crezut că materia este format din atomi și molecule. Ele sunt unite în combinație fie foarte dezordonată sau mai mult sau mai puțin ordonate. Se crede că există trei faze - gazoase, lichide și solide. Substanțele care iau-le sub influența condițiilor externe.

În prezent, cu toate acestea, putem spune că există 4 stări ale materiei. Această plasmă poate fi privit ca un nou, al patrulea. diferenței față de condensat (solide și lichide) prevede constă în faptul că, deoarece gazul are nu numai elasticitatea de forfecare, dar, de asemenea, volumul propriu fix. Pe de altă parte, în comun cu plasma condensată prezenta stare de ordine cu rază scurtă, adică pozițiile. E. Corelarea și compoziția particulelor cu încărcătura de plasmă învecinată. În acest caz, o astfel de corelație nu este generată de forțe intermoleculare și Coulomb: taxa împinge departe același nume cu el însuși și trage taxele spre deosebire.

fizica plasmei ne-a fost revizuită pentru scurt timp. Acest subiect este destul de greu, astfel încât să putem vorbi doar despre ceea ce am descoperit temelii. fizica plasmei, cu siguranță merită atenție în continuare.