Плазманы анықтау

1 дәріс. Кіріспе. Плазманы анықтау. Зарядтарды бөлудің кеңістіктік және уақыттық масштабтары. Плазманың болу критерийлері.

Дәріс жоспары:

I. Кіріспе. Плазманы анықтау.

ІІ. Зарядтарды бөлудің кеңістіктік және уақыттық масштабтары.

II. Плазманың болу критерийлері.

I. Кіріспе плазманың анықтамасы.

"Плазма" сөзі алғаш рет физиологтармен 1845 жылы айтылды және ол "қанның, сүттің немесе тірі тіндердің түссіз сұйық компонентін"белгілейді. Бұл мағына 1923 жылға дейін, американдық Ленгмюр және Тонкс физиктері электр өткізгіш күйіндегі газды Плазма деп атады. Содан бері "плазма" сөзі бір-біріне мүлдем ұқсамайтын екі мағынаға ие болды. Биологтардың "плазма" сөзін бұрынғы биологиялық мағынасын қайтаруға шақыруына қарамастан, ол физиктер тілі мен терминологиясына қатты кірді. Плазма физикасы өткен ғасырдың 20-жылдары дами бастаса да, кейбір ғалымдар өз тәжірибелерінде білмей плазмамен жұмыс істеді . Флорентиялық Ғылым Академиясының ғалымдары 1667 жылда жанарғының жалынынан электрөткізгіш қасиетін тапты, ал 1698 жылда Англияда доктор Вольт бірінші әуеде электр разрядтарын байқады.Осыдан кейін 50 жылдан кейін "Лейден банктерінен" разряд табылды.

19 ғасырдың басында профессор Петров электр доғасын ашты. Заттың бесінші жағдайы бар ма? Өткен жүзжылдықтың ортасында плазма физикасына көп нәрсе жасаған көрнекті кеңестік физик академик Ландау нейтрондық заттың бесінші жағдайының бар екендігі туралы теорияны ұсынды.Нейтрондық жай-күй тек текше см 10000-ден 100000 тоннаға дейін зат тығыздығы бар өте Сығылған жұлдыздардың жер қойнауында болуы мүмкін. Мұндай жағдайларда протондар электрондарды басып алып, нейтрондарға айналады, плазмалық күйден алынған зат нейтрондық күйге ауысады. заттар нейтрондық күйде жақында ашылған пульсарлар сияқты жұлдыздарда болады.

Дүние жүзіндегі заттың 99% плазма күйінде, яғни иондалған газ түрінде екенін жиі естуге тура келді. Бұл дәл емес баға емес, жұлдыздар мен олардың атмосфералары, жұлдызаралық газдың едәуір бөлігі мен газды тұмандықтың плазма екенін ескерсек, ол әбден негізді. Біздің жеріміздің тікелей қоршаған ортасына келетін болсақ, біз жер атмосферасынан тыс шыққаннан кейін, біз радиациялық белдеулер мен Күн желінің плазмасымен бетпе-бет келеміз. Плазмамен күнделікті өмірде біз: найзағай жарқылы, Солтүстік жарқылдың жұмсақ жарқылы, флуоресцентті түтіктің немесе неон шамының ішінде газ өткізетін (жарнама), ракеталық факелдердің аз иондалған плазмасы. Бұл дегеніміз, біз әлемнің бір бөлігінде өмір сүреміз, онда 1% плазма табиғи пайда емес, онда. Неліктен?

Бұл жылу тепе-теңдігіндегі газдың иондану деңгейін есептеуге мүмкіндік беретін қант теңдеуін қарастырса, түсінуге болады:

[pic 1],                    (1)

мұнда ni және nn – иондалған және бейтарап атомдардың тығыздығы (м3 саны), Т – Кельвиналардағы газ температурасы, К – Больцман тұрақты, Ui – газды иондау энергиясы, яғни атомның сыртқы қабығынан электронды алып тастау үшін қажетті энергия мөлшері. Бөлме температурасында қарапайым ауа ортасында NN = 3 1025 м-3, т = 300К және Ui = 14,5 эВ (азот үшін) алуға болады; 1 эВ = 1,6 10-19 Дж. Ионизация дәрежесі (1 теңдеуді қараңыз) аз емес:

[pic 2].

Температураның өсуімен төмен иондау дәрежесі CT Ui-ден бірнеше есе аз болғанға дейін. Осыдан кейін ni/NN күрт өседі және газ плазмалық күйге ауысады. Температураның одан әрі өсуі кезінде NN нейтралдарының тығыздығы ni-ден аз болады және плазма толығымен иондалған болады. Дәл осындай плазма күннің үлкен ұйытқысында бар және жерде жоқ. Әрине, мұндай плазмаға жақын биологиялық өмір мүмкін емес.

Анықтама: плазма-теріс зарядталған бөлшектерден (электрондардан) және ұжымдық қасиеттері көрінетін оң зарядталған бөлшектерден (иондардан) тұратын квазинейтралды жүйе.

Электрондардың плазмадағы бейтарап атомдарға жабысуы нәтижесінде теріс иондар пайда болуы мүмкін, бірақ олар сирек кездеседі және екінші дәрежелі мәнге ие.

Біз квазинейтралдықтың мағынасын түсіндіреміз. Квази-дерлік, квазинейтральды плазма – плазма, орташа алғанда жеткілікті үлкен көлемде немесе жеткілікті үлкен уақыт ішінде электрлік бейтарап. Квазинейтралдылық байқалатын көлемдер мен уақыт аралықтарының шамалары зарядтарды бөлудің кеңістіктік және уақытша ауқымымен анықталады.

ІІ. Зарядтарды бөлудің кеңістіктік және уақыттық масштабтары.