Plasma physics. Fundamentals of Plasma Physics

De tijden dat het plasma met ons geassocieerd met iets onwerkelijk, onbegrijpelijk, fantastisch, zijn al lang voorbij. Vandaag dit concept wordt op grote schaal gebruikt. Het plasma in de industrie. De meest ambitieuze van het gebruik ervan in lichttechniek. Voorbeeld - gasontladingslampen, verlichten straat. Maar in fluorescentielampen is aanwezig. Het is ook elektrisch lassen. Na lasboog - wordt het plasma opgewekt door de plasmatoorts. Men kan veel andere voorbeelden te noemen.

Plasmafysica - is een belangrijke tak van de wetenschap. Daarom is het noodzakelijk om de fundamentele concepten met betrekking tot het te begrijpen. Dit is het onderwerp van ons artikel.

Definitie en types van plasma

Wat is plasma? Bepaling in de natuurkunde wordt gegeven heel duidelijk. Plasma wordt een toestand van het materiaal wanneer dit een significant (verhouding van het totale aantal deeltjes), het aantal geladen deeltjes (carrier) staat min of meer vrij bewegen binnen de stof. We onderscheiden de volgende hoofdtypen van plasmafysica. Als de dragers tot de deeltjes van één soort (en tegengesteld teken van de lading deeltjes neutraliseert het systeem bevatten bewegingsvrijheid niet), heet het enkele component. In het tegenovergestelde geval is - twee of meerdere componenten.

plasma Kenmerken

Dus zullen we een korte beschrijving van het concept van een plasma. Fysica - een exacte wetenschap, dus zonder definities niet kunnen doen. Nu vertellen over de belangrijkste kenmerken van deze toestand van de materie.

eigenschappen van het plasma in deze physics. Allereerst in deze toestand onder invloed van elektromagnetische krachten reeds klein zijn om een beweging van voertuigen - de stroom die zodanig en zolang deze krachten niet verdwijnen door het testen van hun bronnen. Daarom is de plasma gaat uiteindelijk in een staat waar het quasi-neutraal. Met andere woorden, het volume, een grote hoeveelheid microscopische, nul lading. Het tweede kenmerk van het plasma is gerelateerd aan de lange afstand aard van de Coulomb krachten en Ampère. Het bestaat in het feit dat de beweging in deze toestand, in de regel, hebben een collectief karakter, waarbij een groot aantal geladen deeltjes. Dit zijn de fundamentele eigenschappen van plasma physics. Ze zou nuttig zijn om te onthouden.

Beide functies leiden tot het feit dat de plasma physics buitengewoon rijk en divers. Het meest opvallende manifestatie daarvan is het gemak van het optreden van verschillende soorten instabiliteiten. Ze zijn ernstige belemmeringen voor de praktische toepassing van plasma. Physics - de wetenschap die voortdurend in ontwikkeling. Daarom is het te hopen dat op termijn deze obstakels worden weggenomen.

Het plasma in vloeistoffen

Met betrekking tot het specifieke voorbeeld van de structuur, we eerst overwegen plasma subsystemen gecondenseerde materie. Aanvullen van het volume dient vooral genoemd vloeibaar metaal - een voorbeeld, dat overeenkomt met plasma subsysteem - een componentdrager plasmaelektronen. Strikt genomen, zijn we geïnteresseerd in de categorie moet worden toegeschreven, en een vloeibare elektrolyt, die dragers zijn - ionen van beide borden. Echter, om verschillende redenen, elektrolyten behoren niet tot deze categorie. Een ervan bestaat hierin dat in de elektrolyt geen licht, bewegende dragers zoals elektronen. Daarom plasma bovengenoemde eigenschappen worden uitgedrukt aanzienlijk zwakker.

plasma kristallen

Het plasma in de kristallen heeft een speciale naam - solid-state plasma. In ionische kristallen, hoewel er kosten zijn, maar ze zijn nog steeds. Daarom is er geen plasma. In metalen - zijn elektronen geleiding die het ééncomponent plasma. Haar lading wordt gecompenseerd door vaste lading (nauwkeuriger, kon bewegen voor lange afstanden) ionen.

Het plasma in halfgeleiders

Gezien de fundamenten van plasma physics, zij opgemerkt dat in halfgeleiders is de situatie gevarieerd. In het kort karakteriseren. OCP voor deze stoffen kan optreden als u ze invoert in de relevante onzuiverheden. Wanneer de onzuiverheid gemakkelijk doneren elektronen (donors), dan zijn er n-type dragers - elektronen. Wanneer de onzuiverheid, daarentegen, gemakkelijk opgevangen elektronen (acceptoren), dan zijn er p-type dragers - gaten (lege ruimten in de verdeling van elektronen), die zich gedragen als deeltjes met een positieve lading. De twee componenten plasma wordt gevormd door elektronen en gaten treedt in halfgeleiders nog gemakkelijkere manier. Bijvoorbeeld, het onder invloed van het pomplicht, gebombardeerd met elektronen van de valentieband naar de geleidingsband. Merk op dat onder bepaalde omstandigheden, elektronen en gaten tot elkaar aangetrokken, kan een gebonden toestand, vergelijkbaar met het waterstofatoom vormen - een exciton, en wanneer de intensiteit pomp en de dichtheid van excitonen groot, ze samen om een druppel elektron-gat vloeistof. Soms is deze voorwaarde wordt geacht een nieuwe toestand van de materie.

gas ionisatie

Deze voorbeelden hebben betrekking op specifieke gevallen van de plasmatoestand en plasma in zuivere vorm wordt geïoniseerd gas. Door de ionisatie veroorzaken vele factoren: het elektrische veld (de gasontlading, onweer), de lichtstroom (foto-ionisatie), snelle deeltjes (straling van radioactieve bronnen, kosmische straling, die geopend of oplopende mate van ionisatie van de hoogte). Echter, de belangrijkste factor is de verwarming van het gas (thermische ionisatie). In dit geval, de scheiding van elektronen van het atoom leads botsen met andere gasdeeltjes deze laatste voldoende kinetische energie vanwege de hoge temperatuur.

Hoge temperatuur en lage temperatuur plasma

Lage-temperatuur plasmafysica - iets waar we elke dag in contact komen. Voorbeelden van dergelijke omstandigheden kan een vlam, de substantie in de gasontlading en bliksem, diverse soorten koud plasma ruimte (ionosfeer en magnetosfeer planeten en sterren), de werkende stof in verschillende technische inrichtingen (MHD generator, plasma motoren, branders, enz. N.) . Voorbeelden van hete plasma - (. Tokamak, laserapparaat en bundel apparaat al) ster materiaal in alle stadia van hun ontwikkeling, met uitzondering van de vroege jeugd en ouderdom, werkende vloeistof in systemen van de beheerste kernfusie.

Vierde toestand van de materie

Een halve eeuw geleden, vele fysici en chemici geloofde dat materie bestaat uit atomen en moleculen. Ze zijn verenigd in combinatie met zeer wanordelijke of min of meer besteld. Men geloofde dat er drie fasen - gasvormige, vloeibare en vaste stof. Stoffen waarbij ze onder de invloed van externe omstandigheden.

Op dit moment, maar we kunnen zeggen dat er 4 toestanden van de materie. Dat plasma kan worden beschouwd als een nieuw, vierde. Het verschil met de gecondenseerde (vaste en vloeibare) staat in het feit dat het, wanneer het gas niet alleen de transversale elasticiteit, maar ook vaste eigen volume. Anderzijds, gemeen met plasma gecondenseerd aanwezigheidsstatus van ordening op korte afstand, dat wil zeggen posities. E. Correlatie en samenstelling van de deeltjes met het naburige plasma lading. In dit geval wordt een dergelijke correlatie niet gegenereerd door intermoleculaire en Coulomb krachten: de lading wegdrukt dezelfde naam met zichzelf en trekt de tegengestelde ladingen.

plasmafysica werd ons kort beoordeeld. Dit onderwerp is vrij zwaar, dus we kunnen alleen praten over wat we zijn grondvesten hebben ontdekt. plasma physics, verdient zeker nadere beschouwing.