химический каталог




ПЛАЗМА

Автор Химическая энциклопедия г.р. И.Л.Кнунянц

ПЛАЗМА (от греческого plasma, букв.-вылепленное, оформленное), частично или полностью ионизованный газ, образуемый в результате термодинамически ионизации атомов и молекул при высоких температурах, под действием электромагн. полей большой напряженности, при облучении газа потоками заряженных частиц высокой энергии. Характерная особенность ПЛАЗМА, отличающая ее от обычного ионизованного газа, состоит в том, что линейные размеры объема, занимаемого ПЛАЗМА, много больше так называемой дебаевского радиуса экранирования D (см. Дебая-Хюккеля теория). Значение D для i-го иона с концентрацией Hi и температурой Ti определяется выражением:


где nе и Те - концентрация и температура электронов соответственно, еi-заряд иона, е-элементарный электрич. заряд (заряд электрона), k- постоянная Больцмана. Из этого выражения следует, что в ПЛАЗМА, как правило, температуры электронов и ионов различаются.

В низкотемпературной ПЛАЗМА средняя энергия электронов или ионов значительно меньше эффективной энергии ионизации частиц газа; высокотемпературной считается ПЛАЗМА, характеризуемая обратным соотношением указанных энергий (учитывается вклад в ионизацию различные частиц). Обычно низкотемпературная ПЛАЗМА имеет температуру частиц меньше 105 К, высокотемпературная-порядка 10 -108 К. Отношение концентрации заряженных частиц к суммарной концентрации всех частиц называют степенью ионизации ПЛАЗМА

ПЛАЗМА, получаемая в лабораторная условиях, является в термодинамическое смысле открытой системой и всегда термодинамически неравновесна. Процессы переноса энергии и массы приводят к нарушению локального термодинамическое равновесия и стационарности (см. Химическая термодинамика), закон Планка для поля излучения, как правило, не выполняется. ПЛАЗМА называют термической, если ее состояние описывается в рамках модели локального термодинамически равновесия, а именно: все частицы распределены по скоростям в соответствии с законом Максвелла; температуры всех компонент одинаковы; состав ПЛАЗМА определяется законом действующих масс, в частности ионный состав обусловлен равновесием между ионизацией и рекомбинацией (формула Эггерта-Саха по сути является выражением для константы равновесия этих процессов); заселенности энергетич. уровней всех частиц подчиняются распределению Больцмана. Термическая ПЛАЗМА характеризуется обычно высокой степенью ионизации и может быть реализована в газах с относительно малой эффективной энергией ионизации при достаточно высокой оптический плотности (т.е. излучение ПЛАЗМА почти целиком поглощается ее собств. частицами). Обычно ПЛАЗМА описывается моделью частичного локального термодинамически равновесия, которая включает все вышеперечисл. положения, но требует подчинения закону Больцмана заселенностей лишь возбужденных уровней частиц ПЛАЗМА, исключая их основные состояния. Такую ПЛАЗМА называют квазиравновесной; пример квазиравновесной ПЛАЗМА-столб электрич. дуги при атм. давлении.

Несоблюдение хотя бы одного из условий локального термодинамически равновесия приводит к возникновению не равновесно и ПЛАЗМА Очевидно, существует бесконечное множество неравновесных состояний ПЛАЗМА Примером сильно неравновесной ПЛАЗМА является ПЛАЗМА тлеющего разряда в газах при давлениях 101-103 Па, в которой средняя энергия электронов составляет 3-6 эВ, а температура тяжелых частиц не превышает обычно 1000 К. Существование и стационарность такого неравновесного состояния ПЛАЗМА обусловлены затрудненностью обмена энергией между электронами и тяжелыми частицами. В ПЛАЗМА мол. газов, помимо этого, может иметь место неэффективный обмен энергией между различные внутр. степенями свободы: электронной, колебательной, вращательной. В пределах каждой из степеней свободы обмен энергией происходит относительно легко, что приводит к установлению квазиравновесных распределений частиц по соответствующим энергетич. состояниям. В этом случае говорят об электронной, колебательное, вращательное температурах частиц ПЛАЗМА

Осн. особенности ПЛАЗМА, отличающие ее от нейтрального газа и позволяющие рассматривать ПЛАЗМА как особое, четвертое состояние материи (четвертое агрегатное состояние вещества), состоят в следующем.

1) Коллективное взаимодействие, т.е. одновременное взаимодействие друг с другом большого числа частиц (в обычных газах при нормальных условиях взаимодействие между частицами, как правило, парное), обусловлено тем, что кулоновские силы притяжения и отталкивания убывают с расстоянием гораздо медленнее, чем силы взаимодействие нейтральных частиц, т.е. взаимодействие в ПЛАЗМА являются "дальнодействующими".

2) Сильное влияние электрич. и магн. полей на свойства ПЛАЗМА, которое приводит к появлению в ПЛАЗМА пространств. зарядов и токов и обусловливает целый ряд специфический свойств ПЛАЗМА

Одно из важнейших свойств ПЛАЗМА-ее квазинейтральность, т.е. почти полная взаимная компенсация зарядов на расстояниях, значительно больших дебаевского радиуса экранирования. Электрич. поле отдельной заряженной частицы в ПЛАЗМА экранируется полями частиц с зарядом противоположного знака, т.е. практически снижается до нуля на расстояниях порядка дебаевского радиуса от частицы. Любое нарушение квазинейтральности в объеме, занимаемом ПЛАЗМА, приводит к появлению сильных электрич. полей пространств. зарядов, восстанавливающих квазинейтральность ПЛАЗМА

В состоянии ПЛАЗМА находится подавляющая часть вещества Вселенной - звезды, звездные атмосферы, галактич. туманности и межзвездная среда. Около Земли ПЛАЗМА существует в космосе в виде "солнечного ветра", заполняет магнитосферу Земли (образуя радиац. пояса Земли) и ионосферу. Процессами в околоземной ПЛАЗМА обусловлены магн. бури и полярные сияния. Отражение радиоволн от ионосферной ПЛАЗМА обеспечивает возможность дальней радиосвязи на Земле.

В лабораторная условиях и при пром. применениях ПЛАЗМА получают посредством электрич. разряда в газах, в процессах горения и взрыва. ПЛАЗМА используют в плазменных ускорителях, магнитогидродинамич. генераторах, в лабораторная установках для изучения проблем управляемого термоядерного синтеза.

Для проведения химический процессов используют низкотемпературную ПЛАЗМА с температурой тяжелых частиц от -195 0C до несколько десятков тысяч градусов при давлениях 10-5-105 МПа и средней энергии электронов до 5-7 эВ (см. Плазмохимия, Плазмохимическая технология). Такая ПЛАЗМА является источником заряженных частиц с концентрацией от 1010 до 1017 см -3, тяжелых частиц, возбужденных по внутр. степеням свободы (содержание в ПЛАЗМА от долей до десятков процентов), высокоэнтальпийного (до 103 кДж/моль) газового потока (скорости плазменных струй достигают несколько км/с), мощного светового излучения с регулируемыми спектральными характеристиками.

Mн. характерными для ПЛАЗМА свойствами обладают совокупности электронов и дырок в полупроводниках и электронов проводимости в металлах, которые поэтому называют ПЛАЗМА твердых тел.

Термин "П." введен в 1923 И. Ленгмюром и Л. Тонксом.

Литература см. при статьях Плазмохимия, Плазмохимическая технология.

А. А. Овсянников.

Химическая энциклопедия. Том 3 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
оборудование в тольятти
часы касио phys
зикл анна карегина афиша на октябрь
барный стол для кухни купить

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(04.12.2016)