Физика на плазмата. Основи на плазмената физика

Времето, когато плазмата е свързана с нещо нереално, неразбираемо, фантастично, отдавна е минало. Днес тази концепция се използва активно. Плазмата се използва в промишлеността. Най-широкомащабното използване в осветителното оборудване. Пример за това е газоразрядната лампа, която осветява улиците. Но в луминесцентни лампи е налице. Също така е в електрическо заваряване. В края на краищата дъгата на заваряване е плазма, генериран от плазматрон. Има много други примери.

Плазмената физика е важен отрасъл на науката. Ето защо е необходимо да се разберат основните понятия, свързани с него. Нашата статия е посветена на това.

Определение и видове плазма

Какво ще кажете е плазмата? дефиниция във физиката е доста ясно. Плазмата се отнася до състояние на материята, когато в последната има значителен (съизмерим с общия брой частици) брой заредени частици (носители), способни да се движат повече или по-малко свободно във веществото. В физиката могат да се посочат следните основни видове плазма. Ако носителите принадлежат на частици от един вид (и частиците на противоположния знак за зареждане, които неутрализират системата, нямат свобода на движение), тя се нарича еднокомпонентна. В противен случай тя е - дву- или многокомпонентна.

Характеристики на плазмата

Така че, накратко описахме понятието плазма. Физиката е точна наука, така че не можете да направите без дефиниции. Нека сега описваме основните характеристики на това състояние на материята.

Свойства на плазмата във физиката следното. На първо място, в това състояние, под действието на вече малки електромагнитни сили, има движение на носители - ток, който протича по този начин и докато тези сили изчезнат поради скрининга на източниците си. Следователно плазмата в крайна сметка се превръща в състояние, когато е quasineutral. С други думи, неговите обеми, големи с някаква микроскопична величина, имат нулево зареждане. Втората особеност на плазмата е свързана с отдалечената природа на силите Coulomb и Ampere. Състои се от факта, че движенията в това състояние като правило са от колективен характер, включващи голям брой заредени частици. Това са основните свойства на плазмата във физиката. Би било полезно да ги помним.

И двете характеристики водят до факта, че плазмената физика е необичайно богата и разнообразна. Най-ярката му проява е лекотата, с която възникват различни видове нестабилност. Те представляват сериозна пречка, възпрепятстваща практическото приложение на плазмата. Физиката е наука, която постоянно се развива. Следователно можем да се надяваме, че с течение на времето тези пречки ще бъдат премахнати.

Плазма в течности

Ако се обърнем към конкретни примери за структури, нека започнем с разглеждането на плазмените подсистеми в кондензираната материя. Сред течностите трябва да се споменава преди всичко течни метали - пример, който съответства на плазмената подсистема - еднокомпонентна носеща електронна плазма. Строго погледнато, към категорията на интереса трябва да включим течни електролити, в които има носители - иони на двата знака. Поради различни причини обаче електролитите не се считат за такива. Един от тях е, че в електролита няма светлина, мобилни носители, като електрони. Следователно горните свойства на плазмата са много по-слабо изразени.

Плазма в кристали

Плазмата в кристалите има специално име - плазма в твърдо състояние. В йонните кристали, въпреки че има такси, но те са неподвижни. Ето защо там няма плазма. В металите обаче, те са електрони проводимост, представляваща еднокомпонентна плазма. Зареждането му се компенсира от зареждането на неподвижни йони (по-точно неспособни да се прехвърлят на дълги разстояния).

Плазма в полупроводници

Имайки предвид основите на плазмената физика, трябва да се отбележи, че в полупроводниците ситуацията е по-разнообразна. Накратко, ние го характеризираме. Еднокомпонентна плазма в тези вещества може да възникне, ако в тях бъдат въведени подходящи примеси. Ако примесите лесно отделят електрони (донори), тогава се появяват носители на n-тип електрони. Ако онечистване, за разлика, лесно събрани електрони (акцептори), след това има р-тип носители - отвори (празни пространства в разпределението на електроните), които се държат като частици с положителен заряд. Двукомпонентна плазма, образувана от електрони и дупки, се появява в полупроводниците по още по-опростен начин. Например, тя се появява под действието на светлинно изпомпване, което изпраща електрони от лентата на валентността към проводната лента. Имайте предвид, че при определени условия, електрони и дупки са привлечени един към друг, могат да образуват свързан състояние, подобно на водороден атом, - една екситона, и ако интензивността на помпата и плътността на excitons е голям, те се смесват заедно за образуване на капка електрон-дупка течност. Понякога това състояние се счита за ново състояние на материята.

Йонизация на газ

Тези примери се отнасят до специални случаи на плазменото състояние и плазмата в чиста форма се нарича йонизиран газ. Със своята йонизация може да предизвика много фактори: електрическото поле (изхвърляне на газ, буря), на светлинен поток (фотойонизация), бързо частицата (излъчване на радиоактивни източници, космическите лъчи, които са отворени и възходящ степен на йонизация на височината). Основният фактор обаче е нагряването на газа (термична йонизация). В този случай, до отделянето на електрона от атома води сблъсък с втората част от газа, която има достатъчна кинетична енергия поради високата температура.

Плазма с висока температура и ниска температура

Физиката на нискотемпературната плазма е това, с което влизаме в контакт почти всеки ден. Примери за такива условия могат да бъдат пламък, веществото в изпускането на газ и светкавицата, различни видове студен плазмен пространство (йоносферата и магнитосферата планети и звезди), работната вещество в различните технически устройства (MHD генератори, плазмени двигатели, горелки и др.). Примери за гореща плазма - (. Токамак, лазерни устройства и апаратура лъч Ал) звезда материал на всички етапи от развитието им, с изключение на ранното детство и старост, работна течност в системи за управляемия термоядрен синтез.

Четвъртото състояние на материята

Преди век и половина много физици и химици вярваха, че материята се състои само от молекули и атоми. Те се комбинират в комбинация или напълно неподредени или повече или по-малко подредени. Смята се, че има три фази - газообразни, течни и твърди. Веществата ги поемат под въздействието на външни условия.

Въпреки това, понастоящем може да се каже, че има четири състояния на материята. Това е плазмата, която може да се счита за нова, четвърта. Разликата му от кондензираните (твърди и течни) състояния е, че като газ има не само еластичност на срязване, но и фиксиран вътрешен обем. От друга страна, плазмата е свързана с кондензираното състояние чрез наличието на кратък диапазон, т.е. корелацията на позициите и състава на частиците, съседни на даден плазмен заряд. В този случай такава корелация не се генерира от междумолекулни сили, а от силите на Кулон: тази заряд отблъсква зарядите с едно и също име и привлича противоположните заряди.

Физиката на плазмата бе разгледана накратко. Тази тема е доста обширна, затова можем само да кажем, че открихме нейните основи. Физиката на плазмата със сигурност заслужава допълнително внимание.