Yuqorida sanab o'tilgan uchta holatga qo'shimcha ravishda, modda to'rtinchi agregatsiya holatida bo'lishi mumkin - plazma , nisbatan yaqinda kashf etilgan. Plazma holati gaz holatidagi moddaga ultra yuqori haroratlar (bir necha million daraja), kuchli elektr zaryadlari yoki elektromagnit nurlanish kabi kuchli ionlashtiruvchi omillar ta'sirida yuzaga keladi. Bunda moddaning molekulalari va atomlari vayron bo'ladi va musbat zaryadlangan yadrolar va ulkan tezliklarda harakatlanuvchi elektronlardan iborat aralashmaga aylanadi. Shuning uchun plazma ba'zan elektron-yadro gazi deb ataladi.

Plazmaning ikki turi mavjud: izotermik va gazli razryad.

Izotermik plazma U yuqori haroratlarda olinadi, uning ta'siri ostida moddaning atomlarining termal dissotsiatsiyasi sodir bo'ladi va cheksiz mavjud bo'lishi mumkin. Ushbu turdagi plazma yulduzlarning moddasi, shuningdek, to'p chaqmoqidir. Yerning ionosferasi ham plazmaning alohida turi hisoblanadi; ammo bu holda ionlanish Quyoshdan ultrabinafsha nurlanish ta'sirida sodir bo'ladi.

Izotermik plazma kosmik jarayonlarda juda muhim rol o'ynaydi. Kosmosdagi materiyaning yana uchta holati bundan mustasno.

Gaz chiqarish plazmasi elektr zaryadsizlanishi paytida hosil bo'ladi va shuning uchun faqat elektr maydoni mavjud bo'lganda barqaror bo'ladi. Tashqi maydonning ta'siri to'xtashi bilanoq, ionlar va elektronlardan neytral atomlar hosil bo'lishi sababli gaz tashuvchi plazma 10 -5 -10 -4 s ichida yo'qoladi.

Plazmaning ajoyib xususiyatlaridan biri uning yuqori elektr o'tkazuvchanligidir. Plazma harorati qanchalik yuqori bo'lsa, uning o'tkazuvchanligi shunchalik yuqori bo'ladi. Shu sababli, plazma orqali yuz minglab va millionlab amperlik oqimlar o'tishi mumkin.

Bunday oqimlarni plazma orqali o'tkazish orqali uning haroratini o'nlab va hatto yuzlab million darajalarga, bosimini esa o'nlab gigapaskalga ko'tarish mumkin. Bunday sharoitlar ushlab turishga yaqin ekanligi ma'lum termoyadroviy sintez reaktsiyalari , juda katta energiya ishlab chiqarishi mumkin.

Ma'lumki, energiya nafaqat yadrolarning bo'linishi, balki ularning birlashishi, ya'ni engilroq yadrolarning og'irroqlarga qo'shilishi paytida ham chiqariladi. Bu holda vazifa elektr itarishini yengish va yorug'lik yadrolarini ular o'rtasida yadroviy tortishish kuchlari harakat qila boshlagan etarlicha kichik masofalarga yaqinlashtirishdir. Masalan, agar ikkita proton va ikkita neytronni geliy atomining yadrosiga birlashtirishga majbur qilish mumkin bo'lsa, u holda juda katta energiya ajralib chiqadi. Oddiy to'qnashuvlar natijasida yuqori haroratgacha qizib, yadrolar shunday kichik masofalarga yaqinlasha oladiki, yadro kuchlari o'ynaydi va sintez sodir bo'ladi. Bir marta boshlanganidan so'ng, termoyadroviy jarayon, hisob-kitoblar ko'rsatadiki, keyingi yadro sintezi uchun zarur bo'lgan yuqori haroratni saqlab turish uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdorini ta'minlashi mumkin, ya'ni. jarayon uzluksiz davom etadi. Bu shunday kuchli issiqlik energiyasi manbasini ishlab chiqaradi, uning miqdori faqat kerakli material miqdori bilan boshqarilishi mumkin. Bu boshqariladigan termoyadro termoyadroviy reaktsiyasini o'tkazishning mohiyatidir.

Elektr toki plazmadan o'tganda, u elektronlar va ionlar oqimini siqib chiqaradigan kuchli magnit maydon hosil qiladi. plazma shnuri Bu tomir devorlaridan plazmaning issiqlik izolatsiyasiga erishadi. Oqim kuchayishi bilan plazmaning elektromagnit siqilishi yanada aniqroq bo'ladi. Bu deb ataladigan narsaning mohiyati chimchilash effekti .Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, ma'lum bir qonun bo'yicha o'zgarib turadigan tashqi magnit maydonlarning chimchilash effekti va kuchlari termoyadroviy reaktsiya sodir bo'lgan plazmani "magnit shisha"da ushlab turish uchun muvaffaqiyatli ishlatilishi mumkin.

KIMYOVIY BOGLANISH NAZARIYASI

Kimyoviy bog'lanishlar haqidagi ta'limotning umumiy qoidalari. Kovalent bog'lanish

Kimyoviy bog'lanish tushunchasi zamonaviy fanning asosiy tushunchalaridan biridir. Atomlarning o'zaro ta'sirining tabiatini bilmasdan, kimyoviy birikmalarning hosil bo'lish mexanizmini, ularning tarkibi va reaktivligini tushunish va undan ham ko'proq yangi materiallarning xususiyatlarini oldindan aytib bo'lmaydi.

Kimyoviy bog'lanishlar haqidagi birinchi va unchalik aniq bo'lmagan g'oyalarni 1857 yilda Kekule kiritgan. Uning ta'kidlashicha, boshqa element atomi bilan bog'langan atomlar soni tarkibiy qismlarning asosliligiga bog'liq .

Birinchi marta "kimyoviy bog'lanish" atamasini A.M. Butlerov 1863 yilda. Kimyoviy bog'lanishlar haqidagi ta'limotni yaratishda uning 1861 yilda taklif qilingan kimyoviy tuzilish nazariyasi katta rol o'ynadi, ammo nazariyaning asosiy qoidalarini shakllantirgan holda, Butlerov hali "kimyoviy bog'lanish" atamasini ishlatmadi. ”. Uning ta'limotining tamoyillari quyidagilardan iborat:

1. Molekulalardagi atomlar bir-biri bilan ma'lum ketma-ketlikda bog'langan. Ushbu ketma-ketlikni o'zgartirish yangi xususiyatlarga ega yangi moddaning paydo bo'lishiga olib keladi.

2. Atomlarning ulanishi ularning valentligiga mos ravishda sodir bo'ladi.

3. Moddalarning xossalari nafaqat tarkibiga, balki ularning "kimyoviy tuzilishiga" ham bog'liq, ya'ni. molekulalardagi atomlarning bog'lanish tartibi va ularning o'zaro ta'sir tabiati haqida.

Shunday qilib, moddalarning xossalari faqat ularning sifat va miqdoriy tarkibi bilan emas, balki molekulalarning ichki tuzilishi bilan ham belgilanadi.

1863 yilda Butlerov o'zining "Izomeriyaning ba'zi holatlarini turli xil tushuntirishlar to'g'risida" asarida "atomlar orasidagi kimyoviy bog'lanish usuli", "alohida atomlarning kimyoviy bog'lanishi" haqida gapirgan.

"Kimyoviy bog'lanish" atamasi nimani anglatadi?

Ushbu kontseptsiyaga bir qancha ta'riflar berilishi mumkin, ammo ulardan eng aniqi shundaki kimyoviy bog'lanish – bu moddalarning hosil bo'lishi paytida atomlar o'rtasida sodir bo'ladigan o'zaro ta'sir.

Kimyoviy bog'lanishning tabiatini ilmiy tushuntirish atom tuzilishi haqidagi ta'limot paydo bo'lgandan keyingina paydo bo'lishi mumkin edi. 1916 yilda amerikalik fizik kimyogari Lyuis kimyoviy bog'lanish turli atomlarga tegishli elektronlarni juftlashtirish orqali paydo bo'lishini taklif qildi. Bu g'oya zamonaviy uchun boshlang'ich nuqtasi edi kovalent kimyoviy bog'lanish nazariyasi .

O'sha yili nemis olimi Kossel ikkita atom o'zaro ta'sirlashganda, ulardan biri elektronni beradi, ikkinchisi esa elektronni qabul qiladi. Olingan ionlarning elektrostatik o'zaro ta'siri barqaror birikma hosil bo'lishiga olib keladi. Kossel g'oyalarining rivojlanishi ijodga olib keldi ionli bog'lanish nazariyasi .

Har holda, kimyoviy bog'lanish elektr kelib chiqishi, chunki oxir-oqibat elektronlarning o'zaro ta'siridan kelib chiqadi.

Kimyoviy bog'lanishning paydo bo'lishining sabablaridan biri bu atomlarning yanada barqaror holatni egallash istagi. Kimyoviy bog'lanishning hosil bo'lishining zaruriy sharti o'zaro ta'sir qiluvchi atomlar tizimining potentsial energiyasining pasayishi hisoblanadi.

Kimyoviy reaksiyalar jarayonida atomlarning yadrolari va ichki elektron qobiqlari o'zgarmaydi. Kimyoviy bog'lanish yadrodan eng uzoqda joylashgan elektronlarning o'zaro ta'siri orqali sodir bo'ladi. valentlik .

Valentlik elementlari quyidagilardir: s-elementlar uchun - tashqi energiya darajasining s-elektronlari, p-elementlar uchun - tashqi energiya darajasining s- va p-elektronlari, d-elementlar uchun - tashqi va d-elektronlarning s-elektronlari. oldingi tashqi energiya darajalarining f- elementlari uchun - tashqi s-elektronlari va uchinchi tashqi energiya sathining f-elektronlari.

Odatda kimyoviy bog'lanishning beshta asosiy turi mavjud: ion, kovalent, metall, vodorod, shuningdek molekulalararo o'zaro ta'sirlar , van der Waals kuchlari sabab bo'lgan va dastlabki uchta aloqa turi oxirgi ikkitadan sezilarli darajada kuchliroqdir.

Kimyoviy bog'lanish haqidagi zamonaviy ta'limot kvant mexanik tushunchalariga asoslanadi. Hozirgi vaqtda kimyoviy bog'lanishlarni tavsiflash uchun ikkita usul keng qo'llaniladi: Valentlik bog'lanish usuli(MVS) va molekulyar orbital usul(MMO).

BC usuli sodda va ko'proq vizualdir, shuning uchun biz u bilan kimyoviy bog'lanish nazariyasini ko'rib chiqishni boshlaymiz.

Keling, eng keng tarqalgan kovalent kimyoviy bog'lanishni ko'rib chiqaylik.

Valentlik bog'lanish usuli

BC usuli quyidagi qoidalarga asoslanadi.

1. Kovalent kimyoviy bog'lanish spinlari qarama-qarshi yo'naltirilgan ikkita elektron tomonidan hosil bo'ladi va bu elektron juftlik bir vaqtning o'zida ikkita atomga tegishli. Atomlarning o'zlari o'zlarining individualligini saqlab qoladilar.

2. Kovalent kimyoviy bog'lanish kuchliroq bo'lsa, o'zaro ta'sir qiluvchi elektron bulutlar bir-birining ustiga chiqadi.

So'zning keng ma'nosida kovalent bog'lanish elektronlarni almashish orqali amalga oshiriladigan atomlar orasidagi kimyoviy bog'lanishdir. Kovalent bog'lanishni kimyoviy bog'lanishning universal, eng keng tarqalgan turi deb hisoblash mumkin.

Molekuladagi elektronning holatini to'g'ri tasvirlash uchun elektronlar va yadrolarning tegishli tizimi uchun Shredinger tenglamasini minimal energiya holatini ko'rsatgan holda echish kerak. Biroq, hozirgi vaqtda Shredinger tenglamasini echish faqat eng oddiy tizimlar uchun mumkin. Elektron to'lqin funksiyasining birinchi taxminiy hisobi 1927 yilda Heitler va London tomonidan vodorod molekulasi uchun qilingan.

Guruch. 4.1. Ikki vodorod atomi sistemasi energiyasining bog'liqligi

parallel (1) va elektronlar uchun yadrolararo masofa

antiparallel (2) aylanish.

Ishlari natijasida ular tizimning potentsial energiyasini ikkita vodorod atomining yadrolari orasidagi masofaga bog'laydigan tenglamani oldilar. Ma'lum bo'lishicha, hisoblash natijalari ikkala elektronning spinlari bir xil yoki qarama-qarshi belgiga bog'liq.

Parallel spinlar bilan atomlarning yaqinlashishi tizim energiyasining doimiy o'sishiga olib keladi. Qarama-qarshi yo'naltirilgan spinlar bilan atomlar bir-biriga ma'lum masofaga yaqinlashadi r 0 tizim energiyasining pasayishi bilan birga keladi, shundan so'ng u yana ko'paya boshlaydi (4.1-rasm).

Shunday qilib, agar elektron spinlari parallel bo'lsa, kimyoviy bog'lanishning hosil bo'lishi energiya sabablarga ko'ra sodir bo'lmaydi, lekin qarama-qarshi yo'naltirilgan elektron spinlari bo'lsa, H2 molekulasi hosil bo'ladi - ikki vodorod atomining barqaror tizimi, vodorod atomlari orasidagi masofa. bo'lgan yadrolari r 0 .

Bu masofa r 0 atom radiusidan sezilarli darajada ikki baravar kam (vodorod molekulasi uchun - mos ravishda 0,074 va 0,106 nm), shuning uchun kimyoviy bog'lanish hosil bo'lganda, elektron bulutlari va reaksiyaga kirishuvchi atomlarning o'zaro qoplanishi sodir bo'ladi (3.2-rasm).

Guruch. 4.2. Shakllanish jarayonida elektron bulutlarning qoplanishi sxemasi

vodorod molekulalari

Bulutlarning bir-birining ustiga chiqishi tufayli yadrolar orasidagi elektron zichligi ortadi va bu manfiy zaryadli mintaqa va o'zaro ta'sir qiluvchi atomlarning musbat zaryadlangan yadrolari o'rtasidagi tortishish kuchlari ortadi. Jozibador kuchlarning ortishi energiyaning chiqishi bilan birga keladi, bu esa kimyoviy bog'lanish hosil bo'lishiga olib keladi.

Strukturaviy formulalarni tasvirlashda bog'lanish chiziqcha yoki ikkita nuqta bilan ko'rsatiladi (nuqta elektronni bildiradi):

N - N N: N

Ko'rib chiqilayotgan holatda, vodorod atomlarining s-orbitallarida joylashgan elektronlar taqsimlanadi. Vodorod atomida boshqa elektronlar yo'q. Masalan, galogenlar bo'lsa, har bir o'zaro ta'sir qiluvchi atom tashqi energiya darajasida kimyoviy bog'lanishda ishtirok etmaydigan uchta juft elektronga ega (ikkita s-elektron va to'rtta p-elektron):

F2 molekulasidagi kimyoviy bog'lanish atom p-orbitallarida joylashgan juftlashtirilmagan elektronlarning o'zaro ta'siri natijasida hosil bo'ladi, qolgan elektronlar kimyoviy bog'lanishda ishtirok etmaydi (ular ko'pincha yolg'iz elektron juftlari deb ataladi).

H 2 va F 2 molekulalarini hosil qilishda har bir atomdan faqat bitta elektron ishtirok etadi. Bir juft elektrondan hosil bo'lgan kovalent bog'lanish deyiladi yagona aloqa

Ikki yoki uch juft elektrondan hosil bo'lgan bog'lanish deyiladi bir nechta aloqa Shunday qilib, kislorod va azot atomlari mos ravishda ikkita va uchta juftlashtirilmagan elektronni o'z ichiga oladi:

Binobarin, har bir atomdan mos ravishda ikki yoki uchta elektron O 2 va N 2 molekulalarini hosil qilishda ishtirok etadi. Shunday qilib, kislorod molekulasidagi bog'lanish ikki barobar, azot molekulasida esa uch barobar bo'ladi:

Qanday qilib ko'p bog'lanish hosil bo'lishi mumkin? Bu holatlarda barcha ulanishlar tengmi? Ushbu va boshqa tegishli savollarga javob berish uchun biz kovalent bog'lanishning asosiy xususiyatlarini ko'rib chiqishimiz kerak.

Va boshqalar. Agregat holatining o'zgarishi erkin energiya, entropiya, zichlik va boshqa asosiy jismoniy xususiyatlarning keskin o'zgarishi bilan birga bo'lishi mumkin.

Ma'lumki, har qanday modda faqat uchta holatda mavjud bo'lishi mumkin: qattiq, suyuq yoki gazsimon, suvning klassik namunasi muz, suyuqlik va bug 'shaklida bo'lishi mumkin. Ammo, agar biz butun olamni bir butun sifatida oladigan bo'lsak, bu shubhasiz va keng tarqalgan holatlarda juda oz sonli moddalar mavjud. Ular kimyoda ahamiyatsiz deb hisoblangan izlardan oshib ketishi dargumon. Olamdagi barcha boshqa moddalar plazma holatidadir.

1. Plazma nima?

"Plazma" so'zi (yunoncha "plazma" - "shakllangan") 19-asr o'rtalarida

V. qonning rangsiz qismi (qizil va oq jismlarsiz) deb atala boshlandi

tirik hujayralarni to'ldiradigan suyuqlik. 1929-yilda amerikalik fiziklar Irving Langmur (1881-1957) va Levi Tonko (1897-1971) gaz chiqarish trubkasidagi ionlangan gazni plazma deb atadi.

Elektr texnikasini o'rgangan ingliz fizigi Uilyam Kruks (1832-1919)

siyrak havosi bo'lgan quvurlarda oqizish, deb yozgan edi: "Evakuatsiya qilingan hodisalar

quvurlar fizika fanlari uchun yangi dunyoni ochadi, bu dunyoda materiya to'rtinchi holatda mavjud bo'lishi mumkin.

Haroratga qarab har qanday modda o'zini o'zgartiradi

davlat. Shunday qilib, salbiy (Celsius) haroratlarda suv qattiq holatda, 0 dan 100 ° C gacha - suyuq holatda, 100 ° C dan yuqori - gaz holatida, agar harorat ko'tarilsa, atomlar va molekulalar elektronlarini yo'qotish boshlanadi - ular ionlashgan bo'lib, 1 000 000 ° C dan yuqori haroratlarda plazma mutlaq ionlashtiriladi - bu faqat elektronlardan va musbat ionlardan iborat bo'lib, u materiyaning eng keng tarqalgan holati hisoblanadi Koinot massasining taxminan 99%, yulduzlarning ko'pchiligi, er atmosferasining tashqi qismi (ionosfera) ham plazmadir.

Plazmani o'z ichiga olgan radiatsiya kamarlari undan ham yuqori.

Auroralar, chaqmoqlar, shu jumladan globulyar chaqmoqlar - bu har xil turdagi plazma bo'lib, ular Yerdagi tabiiy sharoitlarda kuzatilishi mumkin. Va koinotning arzimas qismigina qattiq materiyadan iborat - sayyoralar, asteroidlar va chang tumanliklari.

Fizikada plazma elektrdan tashkil topgan gaz sifatida tushuniladi

zaryadlangan va neytral zarralar, ularda umumiy elektr zaryadi nolga teng, ya'ni. kvazineytrallik sharti qanoatlansa (shuning uchun, masalan, vakuumda uchayotgan elektronlar dastasi plazma emas: u manfiy zaryadga ega).

1.1. Plazmaning eng tipik shakllari

Plazmaning xossalari va parametrlari

Plazma quyidagi xususiyatlarga ega:

Past haroratli plazma past darajadagi ionlanish (1% gacha) bilan tavsiflanadi. Bunday plazmalar texnologik jarayonlarda juda ko'p qo'llanilganligi sababli ular ba'zan texnologik plazmalar deb ataladi. Ko'pincha ular elektronlarni tezlashtiradigan elektr maydonlari yordamida yaratiladi, bu esa o'z navbatida atomlarni ionlashtiradi. Elektr maydonlari gazga induktiv yoki sigʻimli birikma orqali kiritiladi (qarang, induktiv bogʻlangan plazma). Past haroratli plazmaning odatiy qo'llanilishiga sirt xususiyatlarini plazma bilan o'zgartirish (olmos plyonkalari, metallni nitridlash, namlanishni o'zgartirish), sirtlarni plazma bilan ishlov berish (yarim o'tkazgich sanoati), gazlar va suyuqliklarni tozalash (suvni ozonlash va dizel dvigatellarida kuyikish zarralarini yoqish) kiradi. .

Issiq plazma deyarli har doim to'liq ionlanadi (ionlanish darajasi ~ 100%). Odatda aynan shu narsa "materiyaning to'rtinchi holati" deb tushuniladi. Bunga misol Quyoshdir.

2.4. Zichlik

Plazmaning mavjudligi uchun asosiy bo'lgan haroratdan tashqari, plazmaning ikkinchi eng muhim xususiyati uning zichligidir. Plazma zichligi iborasi odatda elektron zichligini, ya'ni hajm birligidagi erkin elektronlar sonini anglatadi (to'g'ri aytganda, bu erda zichlik kontsentratsiya deb ataladi - hajm birligining massasi emas, balki birlik hajmdagi zarrachalar soni). Kazineytral plazmada ion zichligi ionlarning o'rtacha zaryad soni orqali unga bog'liq: . Keyingi muhim miqdor neytral atomlarning zichligi n0. Issiq plazmada n0 kichik, ammo shunga qaramay plazmadagi jarayonlar fizikasi uchun muhim bo'lishi mumkin. Zich, ideal bo'lmagan plazmadagi jarayonlarni ko'rib chiqishda xarakterli zichlik parametri rs ga aylanadi, bu o'rtacha zarralar orasidagi masofaning Bor radiusiga nisbati sifatida aniqlanadi.

2.5. Kvazi-neytrallik

Plazma juda yaxshi o'tkazgich bo'lgani uchun elektr xususiyatlari muhim ahamiyatga ega. Plazma potentsiali yoki kosmik potentsial kosmosning ma'lum bir nuqtasidagi elektr potentsialining o'rtacha qiymatidir. Agar plazmaga biron bir jism kiritilgan bo'lsa, uning potentsiali Debay qatlamining paydo bo'lishi tufayli odatda plazma potentsialidan kamroq bo'ladi. Bu potentsial suzuvchi potentsial deb ataladi. Yaxshi elektr o'tkazuvchanligi tufayli plazma barcha elektr maydonlarini himoya qilishga intiladi. Bu kvazineytrallik hodisasiga olib keladi - manfiy zaryadlarning zichligi yaxshi aniqlik bilan musbat zaryadlarning zichligiga teng (). Plazmaning yaxshi elektr o'tkazuvchanligi tufayli Debay uzunligidan va plazma tebranishlari davridan kattaroq masofalarda musbat va manfiy zaryadlarni ajratish mumkin emas.

Kvasineytral bo'lmagan plazmaga misol sifatida elektron nurni keltirish mumkin. Shu bilan birga, neytral bo'lmagan plazmalarning zichligi juda kichik bo'lishi kerak, aks holda ular Kulon repulsiyasi tufayli tezda parchalanadi.

Matematik tavsif

Plazma turli darajadagi tafsilotlarda tasvirlanishi mumkin. Odatda plazma elektromagnit maydonlardan alohida tavsiflanadi.

3.1. Suyuqlik (suyuqlik) modeli

Suyuqlik modelida elektronlar zichlik, harorat va o'rtacha tezlik bo'yicha tavsiflanadi. Model quyidagilarga asoslanadi: zichlik uchun muvozanat tenglamasi, impulsning saqlanish tenglamasi va elektron energiya balansi tenglamasi. Ikki suyuqlikli modelda ionlar xuddi shu tarzda ishlanadi.

3.2. Kinetik tavsif

Ba'zida suyuqlik modeli plazmani tasvirlash uchun etarli emas. Batafsilroq tavsif kinetik model tomonidan berilgan, unda plazma elektronlarning koordinatalar va momentlar bo'yicha taqsimlanish funktsiyasi nuqtai nazaridan tasvirlangan. Model Boltsman tenglamasiga asoslangan. Kulon kuchlarining uzoq masofali tabiati tufayli Kulon o'zaro ta'siri bo'lgan zaryadlangan zarrachalar plazmasini tasvirlash uchun Boltsman tenglamasi qo'llanilmaydi. Shuning uchun, Kulon o'zaro ta'siri bilan plazmani tasvirlash uchun zaryadlangan plazma zarralari tomonidan yaratilgan o'z-o'zidan barqaror elektromagnit maydonga ega Vlasov tenglamasi qo'llaniladi. Kinetik tavsif termodinamik muvozanat bo'lmaganda yoki kuchli plazma nomojenliklari mavjud bo'lganda qo'llanilishi kerak.

3.3. Hujayra ichidagi zarracha (hujayradagi zarracha)

Zarrachalar ichida hujayra modellari kinetik modellarga qaraganda batafsilroq. Ular ko'p sonli alohida zarrachalarning traektoriyalarini kuzatish orqali kinetik ma'lumotni o'z ichiga oladi. Elektr zichligi zaryad va oqim ko'rib chiqilayotgan masala bilan solishtirganda kichik bo'lgan hujayralardagi zarrachalarni yig'ish orqali aniqlanadi, lekin shunga qaramay, ko'p sonli zarralarni o'z ichiga oladi. Elektron pochta va mag. Maydonlar hujayra chegaralarida zaryad va oqim zichligidan topiladi.

4. Plazmadan foydalanish

Plazma eng ko'p yoritish texnologiyasida - ko'chalarni yorituvchi gazli deşarj lampalarida va bino ichida ishlatiladigan lyuminestsent lampalarda keng qo'llaniladi. Va qo'shimcha ravishda, turli xil gaz deşarj qurilmalarida: elektr tokini to'g'irlash moslamalari, kuchlanish stabilizatorlari, plazma kuchaytirgichlari va ultra yuqori chastotali (mikroto'lqinli pech) generatorlari, kosmik zarrachalar hisoblagichlari. Gaz lazerlari deb ataladigan barcha lazerlar (geliy-neon, kripton, karbonat angidrid va boshqalar) aslida plazmadir: ulardagi gaz aralashmalari elektr zaryadsizlanishi bilan ionlanadi. Plazma uchun xarakterli xususiyatlarga metalldagi o'tkazuvchanlik elektronlari (kristal panjarada qattiq o'rnatilgan ionlar ularning zaryadlarini zararsizlantiradi), erkin elektronlar to'plami va yarim o'tkazgichlarda harakatlanuvchi "teshiklar" (bo'sh joylar) ega. Shuning uchun bunday tizimlar qattiq holat plazmasi deb ataladi. Gaz plazmasi odatda past haroratga bo'linadi - 100 ming darajagacha va yuqori harorat - 100 million darajagacha. Past haroratli plazma generatorlari - plazmatronlar mavjud bo'lib, ular elektr yoyidan foydalanadi. Plazma mash'alidan foydalanib, siz deyarli har qanday gazni sekundning yuzdan va mingdan bir qismida 7000-10000 darajagacha qizdirishingiz mumkin. Plazma mash'alining yaratilishi bilan fanning yangi sohasi - plazma kimyosi paydo bo'ldi: ko'plab kimyoviy reaktsiyalar tezlashadi yoki faqat plazma oqimida sodir bo'ladi. Plazmatronlar tog'-kon sanoatida va metallarni kesish uchun ishlatiladi. Plazma dvigatellari va magnit gidrodinamik elektr stansiyalari ham yaratilgan. Zaryadlangan zarrachalarni plazma tezlashtirishning turli sxemalari ishlab chiqilmoqda. Plazma fizikasining markaziy muammosi boshqariladigan termoyadro sintezi muammosidir. Termoyadro reaktsiyalari - bu juda yuqori haroratlarda (> 108 K va undan yuqori) sodir bo'ladigan engil elementlar (birinchi navbatda vodorod izotoplari - deyteriy D va tritiy T) yadrolaridan og'irroq yadrolarning sintezi. Tabiiy sharoitda Quyoshda termoyadro reaktsiyalari sodir bo'ladi: vodorod yadrolari bir-biri bilan qo'shilib, geliy yadrolarini hosil qiladi va sezilarli miqdorda energiya chiqaradi. Vodorod bombasida sun'iy termoyadro termoyadroviy reaktsiyasi amalga oshirildi.

Xulosa

Plazma nafaqat fizikada, balki kimyoda (plazma kimyosi), astronomiya va boshqa ko'plab fanlarda ham hali ham kam o'rganilgan ob'ektdir. Shuning uchun plazma fizikasining eng muhim texnik tamoyillari hali laboratoriya rivojlanish bosqichini tark etmagan. Hozirgi vaqtda plazma faol o'rganilmoqda, chunki fan va texnika uchun katta ahamiyatga ega. Bu mavzu ham qiziq, chunki plazma materiyaning to'rtinchi holati bo'lib, uning mavjudligi 20-asrgacha odamlar shubha qilmagan.

Adabiyotlar ro'yxati

Vurzel F.B., Polak L.S. Plazmokimyo, M, Znanie, 1985 yil.
Oraevskiy N.V. Erdagi va kosmosdagi plazma, K, Naukova Dumka, 1980 yil.

Menimcha, hamma moddaning 3 ta asosiy holatini biladi: suyuq, qattiq va gazsimon. Biz materiyaning bunday holatlariga har kuni va hamma joyda duch kelamiz. Ko'pincha ular suv misolida ko'rib chiqiladi. Suvning suyuq holati bizga eng tanish. Biz doimo suyuq suv ichamiz, u bizning jo'mrakimizdan oqib chiqadi va biz o'zimiz 70% suyuq suvmiz. Suvning ikkinchi jismoniy holati oddiy muz bo'lib, biz qishda ko'chada ko'ramiz. Kundalik hayotda ham suvni gazsimon holda topish oson. Gaz holatida suv, barchamizga ma'lumki, bug'dir. Buni, masalan, choynakni qaynatganimizda ko'rish mumkin. Ha, 100 daraja haroratda suv suyuqlikdan gazga o'tadi.

Bu bizga tanish bo'lgan materiyaning uchta holati. Lekin ularning 4 tasi borligini bilarmidingiz? Menimcha, har bir kishi kamida bir marta "plazma" so'zini eshitgan. Va bugun men plazma - moddaning to'rtinchi holati haqida ko'proq bilishingizni xohlayman.

Plazma qisman yoki to'liq ionlangan gaz bo'lib, musbat va manfiy zaryadlarning teng zichligiga ega. Plazmani gazdan - kuchli qizdirish orqali moddaning 3-agregatsiyasi holatidan olish mumkin. Umuman olganda, agregatsiya holati butunlay haroratga bog'liq. Birinchi yig'ilish holati - bu tananing qattiqligicha qoladigan eng past harorati, ikkinchi yig'ilish holati - tananing erishi va suyuq bo'la boshlagan harorati, uchinchi agregatsiya holati - eng yuqori harorat bo'lib, unda modda. gaz. Har bir jism, modda uchun bir agregatsiya holatidan ikkinchisiga o'tish harorati butunlay boshqacha, kimdir uchun u pastroq, kimdir uchun yuqoriroq, lekin hamma uchun u qat'iy ravishda shu ketma-ketlikda bo'ladi. Qaysi haroratda modda plazmaga aylanadi? Bu to'rtinchi holat bo'lgani uchun, bu unga o'tish harorati har bir oldingi holatga qaraganda yuqori ekanligini anglatadi. Va haqiqatan ham shunday. Gazni ionlash uchun juda yuqori harorat talab qilinadi. Eng past harorat va past ionlashtirilgan (taxminan 1%) plazma 100 ming darajagacha bo'lgan harorat bilan tavsiflanadi. Er sharoitida bunday plazma chaqmoq shaklida kuzatilishi mumkin. Chaqmoq kanalining harorati 30 ming darajadan oshishi mumkin, bu Quyosh sirtining haroratidan 6 baravar yuqori. Aytgancha, Quyosh va boshqa barcha yulduzlar ham plazma, ko'pincha yuqori haroratli. Ilm-fan koinotdagi barcha moddalarning taxminan 99% plazma ekanligini isbotlaydi.

Past haroratli plazmadan farqli o'laroq, yuqori haroratli plazma deyarli 100% ionlashuvga va 100 million darajagacha bo'lgan haroratga ega. Bu haqiqatan ham yulduz harorati. Yerda bunday plazma faqat bitta holatda topiladi - termoyadroviy termoyadroviy tajribalar uchun. Boshqariladigan reaktsiya juda murakkab va energiya sarflaydi, ammo nazoratsiz reaktsiya o'zini ulkan kuch quroli - SSSR tomonidan 1953 yil 12 avgustda sinovdan o'tgan termoyadroviy bomba ekanligini isbotladi.

Plazma nafaqat harorat va ionlanish darajasi, balki zichligi va kvazi-neytralligi bo'yicha ham tasniflanadi. Joylashuv plazma zichligi odatda anglatadi elektron zichligi, ya'ni hajm birligiga to'g'ri keladigan erkin elektronlar soni. Xo'sh, bu bilan, menimcha, hamma narsa aniq. Ammo hamma ham yarim betaraflik nima ekanligini bilmaydi. Plazma kvazineytralligi uning eng muhim xususiyatlaridan biri bo'lib, uning tarkibiga kiruvchi musbat ionlar va elektronlar zichligining deyarli aniq tengligidan iborat. Plazmaning yaxshi elektr o'tkazuvchanligi tufayli Debay uzunligidan va plazma tebranishlari davridan kattaroq masofalarda musbat va manfiy zaryadlarni ajratish mumkin emas. Deyarli barcha plazma kvazi-neytraldir. Kvasineytral bo'lmagan plazmaga misol sifatida elektron nurni keltirish mumkin. Shu bilan birga, neytral bo'lmagan plazmalarning zichligi juda kichik bo'lishi kerak, aks holda ular Kulon repulsiyasi tufayli tezda parchalanadi.

Biz plazmaning er yuzidagi juda kam misollarini ko'rib chiqdik. Ammo ularning soni juda ko'p. Inson o'z manfaati uchun plazmadan foydalanishni o'rgandi. Moddaning to'rtinchi holati tufayli biz gaz deşarj lampalari, plazma televizorlari, elektr boshq manbai va lazerlardan foydalanishimiz mumkin. An'anaviy lyuminestsent deşarj lampalar ham plazma hisoblanadi. Bizning dunyomizda plazma chiroq ham mavjud. U asosan fanda o'rganish va eng muhimi, eng murakkab plazma hodisalarini, shu jumladan filamentatsiyani ko'rish uchun ishlatiladi. Bunday chiroqning fotosuratini quyidagi rasmda ko'rish mumkin:

Maishiy plazma qurilmalaridan tashqari, Yerda tabiiy plazmani ham tez-tez ko'rish mumkin. Biz allaqachon uning misollaridan biri haqida gapirgan edik. Bu chaqmoq. Ammo chaqmoqqa qo'shimcha ravishda, plazma hodisalarini shimoliy chiroqlar, "Sent Elmo olovi", Yerning ionosferasi va, albatta, olov deb atash mumkin.

E'tibor bering, olov, chaqmoq va plazmaning boshqa ko'rinishlari, biz uni chaqiramiz, yonadi. Plazmadan bunday yorqin yorug'lik chiqishiga nima sabab bo'ladi? Plazma porlashi elektronlarning ionlar bilan rekombinatsiyasidan keyin yuqori energiyali holatdan past energiyali holatga o'tishi natijasida yuzaga keladi. Bu jarayon qo'zg'atilgan gazga mos keladigan spektr bilan nurlanishga olib keladi. Shuning uchun plazma porlaydi.

Bundan tashqari, plazma tarixi haqida bir oz gaplashmoqchiman. Axir, bir vaqtlar faqat sutning suyuq komponenti va qonning rangsiz komponenti kabi moddalar plazma deb atalgan. 1879 yilda hamma narsa o'zgardi. Aynan o'sha yili mashhur ingliz olimi Uilyam Kruks gazlardagi elektr o'tkazuvchanligini o'rganar ekan, plazma hodisasini kashf etdi. To'g'ri, materiyaning bu holati faqat 1928 yilda plazma deb nomlangan. Va buni Irving Langmuir amalga oshirgan.

Xulosa qilib shuni aytmoqchimanki, men ushbu saytda bir necha bor yozgan to'p chaqmoq kabi qiziqarli va sirli hodisa, albatta, oddiy chaqmoq kabi plazmoiddir. Bu, ehtimol, barcha er plazmasi hodisalarining eng g'ayrioddiy plazmoididir. Axir, to'p chaqmoqlari haqida 400 ga yaqin turli xil nazariyalar mavjud, ammo ulardan hech biri haqiqatan ham to'g'ri deb tan olinmagan. Laboratoriya sharoitida shunga o'xshash, ammo qisqa muddatli hodisalar bir necha xil usullar bilan olingan, shuning uchun to'p chaqmoqlarining tabiati haqidagi savol ochiq qolmoqda.

Oddiy plazma, albatta, laboratoriyalarda ham yaratilgan. Bir vaqtlar bu qiyin edi, ammo hozir bunday tajriba unchalik qiyin emas. Plazma bizning kundalik arsenalimizga mustahkam kirganligi sababli, ular laboratoriyalarda ko'p tajriba o'tkazmoqdalar.

Plazma sohasidagi eng qiziqarli kashfiyot nol tortishish sharoitida plazma bilan tajribalar bo'ldi. Ma'lum bo'lishicha, plazma vakuumda kristallanadi. Bu shunday bo'ladi: zaryadlangan plazma zarralari bir-birini qaytara boshlaydi va ular cheklangan hajmga ega bo'lganda, ular turli yo'nalishlarda tarqalib, ularga ajratilgan joyni egallaydi. Bu kristall panjaraga juda o'xshaydi. Bu plazma materiyaning birinchi holati va uchinchi holati o'rtasidagi yopilish bo'g'ini ekanligini anglatmaydimi? Axir, u gazning ionlanishi tufayli plazmaga aylanadi va vakuumda plazma yana qattiq bo'lib qoladi. Lekin bu mening taxminim.

Kosmosdagi plazma kristallari ham juda g'alati tuzilishga ega. Bu strukturani faqat fazoda, fazoning haqiqiy vakuumida kuzatish va o‘rganish mumkin. Agar siz Yerda vakuum yaratsangiz va u erga plazma qo'ysangiz ham, tortishish shunchaki ichida hosil bo'lgan butun "rasm" ni siqib chiqaradi. Kosmosda plazma kristallari shunchaki uchib, g'alati shakldagi uch o'lchovli uch o'lchovli tuzilmani hosil qiladi. Plazmani orbitada kuzatish natijalarini Yerdagi olimlarga jo‘natgandan so‘ng, plazmadagi girdoblar galaktikamiz tuzilishini g‘alati tarzda takrorlashi ma’lum bo‘ldi. Demak, plazmani o‘rganish orqali kelajakda bizning galaktikamiz qanday tug‘ilganini tushunish mumkin bo‘ladi. Quyidagi fotosuratlarda bir xil kristallangan plazma ko'rsatilgan.

Odatda plazma misollari

Plazma materiyaning eng keng tarqalgan holatidir. Kuzatilganlarning 99% dan ortig'i plazmadan iborat. Plazmaning quyidagi shakllari yaxshi ma'lum:

Laboratoriya va sanoat
- Olovlar
- Payvandlash yoyi
- Raketa egzosi
- Boshqariladigan termoyadro sintezi uchun plazma
Tabiiy
- va boshqalar (termoyadro sintezi natijasida hosil bo'lgan)
- Yulduzlararo gaz

Xususiyatlari

Plazma atamasi kollektiv effektlarni hosil qilish uchun etarlicha katta zaryadlangan zarrachalar tizimlari uchun ishlatiladi. Mikroskopik kichik miqdordagi zaryadlangan zarrachalar (masalan, ion tutqichlardagi ion nurlari) plazma emas. Plazma quyidagi xususiyatlarga ega:

Debye skrining uzunligi plazmaning xarakterli o'lchamiga nisbatan kichikdir.
- r_D/L<<1\,
S sferaning ichida juda ko'p miqdorda zaryadlangan zarralar mavjud.
- r_D^3N>>1\,, Qayerda N\,- zaryadlangan zarrachalarning konsentratsiyasi
Zarrachalar to'qnashuvi orasidagi o'rtacha vaqt plazma tebranishlari davriga nisbatan uzoq.
- \tau\omega_(pl)>>1\,

Tasniflash

Plazma odatda quyidagilarga bo'linadi past harorat Va yuqori harorat, muvozanat Va muvozanatsizlik, va ko'pincha sovuq plazma muvozanatsiz, issiq plazma esa muvozanatdir.

Harorat

Muvozanatsiz plazmalarda elektron harorati ion haroratidan sezilarli darajada oshadi. Bu ion va elektron massalaridagi farq tufayli yuzaga keladi, bu esa energiya almashinuvi jarayonini qiyinlashtiradi. Bu holat gaz razryadlarida, ionlar taxminan yuzlab, elektronlar esa o'n minglab daraja haroratga ega bo'lganda yuzaga keladi.

Muvozanat plazmasida ikkala harorat teng. Ionlash jarayoni ionlanish potentsialiga teng bo'lgan haroratni talab qilganligi sababli, muvozanat plazmasi odatda issiq (harorat bir necha ming darajadan yuqori).

Kontseptsiya yuqori haroratli plazma odatda termoyadroviy termoyadroviy plazma uchun ishlatiladi, bu esa millionlab daraja haroratni talab qiladi.

Ionlanish darajasi

Ionlanish darajasi ionlangan zarrachalar sonining zarrachalarning umumiy soniga nisbati sifatida aniqlanadi. Past haroratli plazmalar past darajadagi ionlanish bilan tavsiflanadi (<1 %). Так как такие плазмы довольно часто употребляются в plazma texnologiyalari ular ba'zan deyiladi texnologik plazmalar. Ko'pincha ular elektronlarni tezlashtiradigan elektr maydonlari yordamida yaratiladi, bu esa o'z navbatida atomlarni ionlashtiradi. Elektr maydonlari gazga induktiv yoki sig'imli ulanish orqali kiritiladi. Past haroratli plazmalarning odatiy qo'llanilishiga sirt xususiyatlarini plazma bilan o'zgartirish (olmos plyonkalari, metallni nitridlash, namlanishni o'zgartirish), sirtlarni plazma bilan ishlov berish (yarim o'tkazgich sanoati), gazlar va suyuqliklarni tozalash (suvni ozonlash va dizel dvigatellarida kuyikish zarralarini yoqish) kiradi. ).

Issiq plazma deyarli har doim to'liq ionlangan (ionlanish darajasi ~ 100%). Odatda ular "materiyaning to'rtinchi holati" deb tushuniladi. Bunga misol Quyoshdir.

Zichlik

Plazmaning mavjudligi uchun asosiy bo'lgan haroratdan tashqari, plazmaning ikkinchi eng muhim xususiyati uning zichligidir. So'z plazma zichligi odatda anglatadi elektron zichligi, ya'ni hajm birligiga to'g'ri keladigan erkin elektronlar soni (qat'iy aytganda, bu erda zichlik kontsentratsiya deb ataladi - birlik hajmning massasi emas, balki hajm birligidagi zarrachalar soni). Ion zichligi ionlarning o'rtacha zaryad soni orqali unga bog'langan \langle Z\rangle: n_e=\langle Z\rangle n_i. Keyingi muhim miqdor neytral atomlarning zichligi n 0 . Issiq plazmada n 0 kichik, ammo shunga qaramay plazmadagi jarayonlar fizikasi uchun muhim bo'lishi mumkin.

Kvazi-neytrallik

Plazma juda yaxshi o'tkazgich bo'lgani uchun elektr xususiyatlari muhim ahamiyatga ega. Plazma potentsiali yoki kosmosning potentsiali kosmosning ma'lum bir nuqtasida elektr potentsialining o'rtacha qiymati deb ataladi. Agar plazmaga biron bir jism kiritilgan bo'lsa, uning potentsiali Debay qatlamining paydo bo'lishi tufayli odatda plazma potentsialidan kamroq bo'ladi. Bu potentsial deyiladi suzuvchi potentsial. Yaxshi elektr o'tkazuvchanligi tufayli plazma barcha elektr maydonlarini himoya qilishga intiladi. Bu kvazineytrallik hodisasiga olib keladi - manfiy zaryadlarning zichligi yaxshi aniqlik bilan musbat zaryadlarning zichligiga teng ( n_e=\langle Z\rangle n_i). Plazmaning yaxshi elektr o'tkazuvchanligi tufayli Debay uzunligidan va plazma tebranishlari davridan kattaroq masofalarda musbat va manfiy zaryadlarni ajratish mumkin emas.

Gaz holatidan farqlari

Ko'pincha plazma deb ataladi materiyaning to'rtinchi holati. U moddaning uchta kam energiyali holatidan farq qiladi, garchi u o'ziga xos shakl va hajmga ega emasligi bilan gaz fazasiga o'xshaydi. Plazma alohida agregatsiya holati yoki oddiygina issiq gaz ekanligi haqida hali ham munozaralar mavjud. Ko'pgina fiziklar plazma gazdan ko'ra ko'proq, deb hisoblashadi quyidagi farqlar tufayli:

Mulk	Gaz	Plazma
Elektr o'tkazuvchanligi	Juda kichik	Juda baland Oqim oqayotganida, potentsialning kichik, ammo baribir cheklangan pasayishi sodir bo'lishiga qaramay, ko'p hollarda plazmadagi elektr maydoni nolga teng deb hisoblanishi mumkin. Elektr maydonining mavjudligi bilan bog'liq zichlik gradientlarini Boltzmann taqsimoti orqali ifodalash mumkin. Oqimlarni o'tkazish qobiliyati plazmani magnit maydon ta'siriga juda sezgir qiladi, bu filamentatsiya, qatlamlar va oqimlarning paydo bo'lishi kabi hodisalarga olib keladi. Kollektiv effektlarning mavjudligi odatiy holdir, chunki elektr va magnit kuchlar tortishish kuchiga qaraganda ancha kuchli.
Zarrachalar turlari soni	Bir	Ikki yoki uch Elektronlar, ionlar va neytral zarralar elektron belgisi bilan ajralib turadi. zaryad qiladi va bir-biridan mustaqil ravishda harakat qilishi mumkin - har xil tezlik va hatto haroratga ega, bu to'lqinlar va beqarorlik kabi yangi hodisalarning paydo bo'lishiga olib keladi.
Tezlikni taqsimlash	Maksvellniki	Maksvelliyalik bo'lmagan bo'lishi mumkin Elektr maydonlari zarrachalar tezligiga to'qnashuvlarga qaraganda boshqacha ta'sir qiladi, bu esa har doim tezlik taqsimotining Maksvellizatsiyasiga olib keladi. Coulomb to'qnashuv kesimining tezlikka bog'liqligi bu farqni kuchaytirishi mumkin, bu ikki harorat taqsimoti va qochib ketgan elektronlar kabi ta'sirlarga olib keladi.
O'zaro ta'sirlar turi	Ikkilik Qoida tariqasida, ikki zarracha to'qnashuvi, uch zarracha to'qnashuvi juda kam uchraydi.	Kollektiv Har bir zarracha bir vaqtning o'zida ko'pchilik bilan o'zaro ta'sir qiladi. Ushbu jamoaviy o'zaro ta'sirlar ikki zarrali o'zaro ta'sirlardan ko'ra ko'proq ta'sir qiladi.

Matematik tavsif

Plazma turli darajadagi tafsilotlarda tasvirlanishi mumkin. Odatda plazma elektromagnit maydonlardan alohida tavsiflanadi. Supero'tkazuvchi suyuqlik va elektromagnit maydonlarning birgalikdagi tavsifi magnithidrodinamik hodisalar nazariyasi yoki MHD nazariyasida berilgan.

Suyuqlik (suyuqlik) modeli

Kinetik tavsif

Ba'zida suyuqlik modeli plazmani tasvirlash uchun etarli emas. Batafsilroq tavsif kinetik model tomonidan berilgan. Plazma elektron tezligini taqsimlash funktsiyasi nuqtai nazaridan tavsiflanadi. Model asoslanadi. Plazma va elektrni birgalikda tasvirlashda. maydonlarda Vlasov tenglamalar tizimi qo'llaniladi. Kinetik tavsif termodinamik muvozanat bo'lmaganda yoki kuchli plazma nomojenliklari mavjud bo'lganda qo'llanilishi kerak.

Hujayra ichidagi zarracha (hujayradagi zarracha)

Zarrachalar ichida hujayra modellari kinetik modellarga qaraganda batafsilroq. Ular ko'p sonli alohida zarrachalarning traektoriyalarini kuzatish orqali kinetik ma'lumotni o'z ichiga oladi. Elektr zichligi zaryad va oqim ko'rib chiqilayotgan muammoga nisbatan kichik bo'lgan, lekin shunga qaramay, ko'p sonli zarralarni o'z ichiga olgan hujayralardagi zarralarni yig'ish orqali aniqlanadi. Elektron pochta va mag. Maydonlar hujayra chegaralarida zaryad va oqim zichligidan topiladi.

Plazmaning asosiy xususiyatlari

Barcha miqdorlar Gauss birliklarida berilgan haroratdan tashqari eV va ion massasi proton massa birliklarida berilgan. μ = m i / m p ; Z- to'lov raqami; k– Boltsman doimiysi; TO- to'lqin uzunligi; g - adiabatik indeks; ln L - Kulon logarifmi.

Chastotalar

Elektronning larmor chastotasi, magnit maydonga perpendikulyar tekislikdagi elektronning aylana harakatining burchak chastotasi:

\omega_(ce) = eB/m_ec = 1,76 \ marta 10^7 B \mbox(rad/s)

Ionning larmor chastotasi, magnit maydonga perpendikulyar tekislikdagi ionning aylana harakatining burchak chastotasi:

\omega_(ci) = eB/m_ic = 9,58 \ marta 10^3 Z \mu^(-1) B \mbox(rad/s)

plazma chastotasi(plazma tebranish chastotasi), ionlarga nisbatan siljishda elektronlarning muvozanat holati atrofida tebranish chastotasi:

\omega_(pe) = (4\pi n_ee^2/m_e)^(1/2) = 5,64 \ marta 10^4 n_e^(1/2) \mbox(rad/s)

ion plazma chastotasi:

\omega_(pe) = (4\pi n_iZ^2e^2/m_i)^(1/2) = 1,32 \ marta 10^3 Z \mu^(-1/2) n_i^(1/2) \mbox (rad/s)

elektron to'qnashuv chastotasi

\nu_e = 2,91 \qat 10^(-6) n_e\,\ln\Lambda\,T_e^(-3/2) \mbox(lar)^(-1)

ionlarning to'qnashuv chastotasi

\nu_i = 4,80 \qat 10^(-8) Z^4 \mu^(-1/2) n_i\,\ln\Lambda\,T_i^(-3/2) \mbox(lar)^(-1) )

Uzunliklari

De Broyl elektron to'lqin uzunligi, kvant mexanikasida elektron to'lqin uzunligi:

\lambda\!\!\!\!- = \hbar/(m_ekT_e)^(1/2) = 2,76\times10^(-8)\,T_e^(-1/2)\,\mbox(sm)

klassik holatda minimal yaqinlashish masofasi, ikkita zaryadlangan zarralar to'qnashuvda bir-biriga yaqinlasha oladigan minimal masofa va kvant mexanik ta'sirini hisobga olmaganda, zarrachalarning haroratiga mos keladigan boshlang'ich tezlik:

e^2/kT=1,44\times10^(-7)\,T^(-1)\,\mbox(sm)

elektron giromagnit radiusi, magnit maydonga perpendikulyar tekislikdagi elektronning aylanma harakat radiusi:

r_e = v_(Te)/\omega_(ce) = 2.38\,T_e^(1/2)B^(-1)\,\mbox(sm)

ionning giromagnit radiusi, ionning magnit maydonga perpendikulyar tekislikdagi aylanma harakat radiusi:

r_i = v_(Ti)/\omega_(ci) = 1,02\times10^2\,\mu^(1/2)Z^(-1)T_i^(1/2)B^(-1)\,\ mbox (sm)

plazma teri qatlami hajmi, elektromagnit to'lqinlar plazmaga kirishi mumkin bo'lgan masofa:

c/\omega_(pe) = 5,31\times10^5\,n_e^(-1/2)\,\mbox(sm)

(Debye uzunligi), elektronlarning qayta taqsimlanishi tufayli elektr maydonlari ekranlangan masofa:

\lambda_D = (kT/4\pi ne^2)^(1/2) = 7,43\times10^2\,T^(1/2)n^(-1/2)\,\mbox(sm)

Tezliklar

termal elektron tezligi, da elektronlarning tezligini baholash formulasi. O'rtacha tezlik, eng ehtimoliy tezlik va o'rtacha kvadrat tezlik bu ifodadan faqat birlik tartibi omillari bilan farq qiladi:

v_(Te) = (kT_e/m_e)^(1/2) = 4,19\times10^7\,T_e^(1/2)\,\mbox(sm/s)

termal ion tezligi, da ion tezligini baholash formulasi

Bu bizga tanish bo'lgan materiyaning uchta holati. Lekin ularning 4 tasi borligini bilarmidingiz? Menimcha, hamma "so'zni eshitgan" plazma" Va bugun men plazma - moddaning to'rtinchi holati haqida ko'proq bilishingizni xohlayman.

Past haroratli plazmadan farqli o'laroq, yuqori haroratli plazma deyarli 100% ionlashuvga va 100 million darajagacha bo'lgan haroratga ega. Bu haqiqatan ham yulduz harorati. Yerda bunday plazma faqat bitta holatda topiladi - termoyadroviy termoyadroviy tajribalar uchun. Reaksiyani boshqarish juda murakkab va energiya talab qiladi, ammo boshqarilmaydigan reaktsiya juda erta - SSSR tomonidan 1953 yil 12 avgustda sinovdan o'tgan ulkan kuch quroli - termoyadroviy bomba kabi.

Biz plazmaning er yuzidagi juda kam misollarini ko'rib chiqdik. Ammo ularning soni juda ko'p. Inson o'z manfaati uchun plazmadan foydalanishni o'rgandi. Materiyaning to'rtinchi agregat holati tufayli biz gaz deşarjli lampalar, plazma televizorlari, zoo-rami, yoy-elektr payvandlash, lazer-rami ishlatishimiz mumkin. An'anaviy gazli lyuminestsent lampalar ham plazma hisoblanadi. Bizning dunyomizda plazma chiroq ham mavjud. U asosan fanda o'rganish va eng muhimi, eng murakkab plazma hodisalarini, shu jumladan filamentatsiyani ko'rish uchun ishlatiladi. Bunday chiroqning fotosuratini quyidagi rasmda ko'rish mumkin:

Plazma mavzusida aytmoqchi bo'lgan hamma narsa shu. Umid qilamanki, bu sizni qiziqtirdi va hayratda qoldirdi. Axir, bu haqiqatan ham hayratlanarli hodisa, aniqrog'i holat - materiyaning 4-holati.

Gaz va plazma mavzusiga oid xabar. Plazma materiyaning to'rtinchi holatidir. Faradaydan Langmuirgacha

1. Plazma nima?

1.1. Plazmaning eng tipik shakllari

Plazmaning xossalari va parametrlari

2.4. Zichlik

2.5. Kvazi-neytrallik

Matematik tavsif

3.1. Suyuqlik (suyuqlik) modeli

3.2. Kinetik tavsif

3.3. Hujayra ichidagi zarracha (hujayradagi zarracha)

4. Plazmadan foydalanish

Xulosa

Adabiyotlar ro'yxati

Odatda plazma misollari