Gradul de ionizare al plasmei este raportul dintre numărul de atomi ionizați la totalul numărului acestora pe unitatea de volum de plasmă :.
În condiții de echilibru termic se determină prin formula Saha:
Aici și - concentrația (numărul de particule per 1 m3) de atomi ionizați și neutri, respectiv, temperatura de G-gaz în K k - constanta Boltzmann, - energia de ionizare a gazului, adică, energia necesară pentru a elimina un electron din învelișul exterior al electronului unui atom. De obicei, exprimată în procente, atunci rezultatul obținut din formula Saha, se înmulțește cu 100%. În aer în condiții normale, cât și pentru eV azot
(A se vedea. Problema 2.1). ionizare relativă este neglijabilă:
Cu creșterea temperaturii, gradul de ionizare este scăzut, atât timp cât energia cinetică medie a moleculelor de gaz nu va fi doar de câteva ori mai mică decât energia de ionizare. După aceea, brusc crește și gazul trece în starea de plasmă. Odată cu creșterea în continuare a temperaturii, concentrația particulelor neutre devine mai mică decât concentrația atomilor ionizați și plasmă, eventual, apare complet ionizat. Prin urmare, este complet ionizat cu plasmă este temperatura corpului astronomic de mai multe milioane de grade și nu este pe Pământ.
ionizare termică a gazului are loc în cazurile în care energia cinetică medie a moleculelor de gaz este mai mare decât energia de ionizare: în cazul în care
Este ușor să se asigure că coliziunile de ionizare a moleculelor de gaz este posibilă cu căldură numai la temperaturi foarte ridicate. Calculele arată:
(Set eV), care.
În funcție de gradul de ionizare al plasmei este împărțit în slab ionizate (sume de procente), parțial ionizate (aproximativ câteva procente) și complet ionizat (aproape 100%). plasmă ionizat în natură slab este ionosfera Pământului, o descărcare luminiscentă. In plasma slab ionizat Universul - este vântul solar, stelele atmosfera rece, nori reci de gaz interstelar. Hot Star, nebuloasă, corona și unele nor interstelar - o plasmă complet ionizat, care este format la temperatură ridicată.
? Ceea ce se numește gradul de ionizare?
? Din ce ionizarea termică a gazului? Numele comenzii
temperatura la care ionizare termică.
? Ce este divizia de plasmă există pe gradul de ionizare? Dă exemple.
Sarcini pentru decizia independentă
2.1. Se calculează concentrația unui gaz ideal în următoarele condiții: a) la o temperatură de 0 ° C și o presiune de 101 325 Pa (această valoare este numit numărul Loschmidt); b) la temperatura camerei (20 ° C) și o presiune de 10
2.2. Concentrația electronilor de conducție în germaniu la temperatura camerei timp de 3 • 1019 m3. Ce procent din numărul de electroni de conducție din numărul total de atomi? germaniu Densitate 5400 kg / m3, masa molară de 0,079 kg / mol.
2.3. Folosind datele de aer, cu ajutorul formulei Saha obține gradul de ionizare a aerului și comparați rezultatul cu valoarea propusă.
2.4. Se calculează gradul de ionizare al vântului solar, ionosfera Pământului (stratul D), coroana solară, folosind cantitățile necesare de „Aplicații“.
§ 3. Proprietăți plasmă COLECTIVE
Deoarece plasma este un gaz care constă din particule încărcate și neutre, acesta prezintă un proprietăți colective. Conceptul de proprietăți colective explica exemplul următor. Luați în considerare forțele care acționează asupra moleculei, de exemplu, în aer normal. Acum observăm că forța atracție gravitațională este neglijabilă în comparație cu puterea interacțiunii electromagnetice (a se vedea. Problema 3.1). Calculul arată că forța de interacțiune (atracție și repulsie) care acționează între moleculele neutre la distanțe foarte scurte (FPR
1 / r13), unde r - distanța dintre molecule, adică, Ele sunt scurte. În cazul plasmei, care conține particule încărcate, situația este destul de diferită. În timpul mișcării de particule încărcate schimba concentrațiile locale de sarcini pozitive și negative, care dau naștere la câmpuri electrice. Odată cu mișcarea taxelor este de asemenea curenți conectați și, prin urmare, câmpurile magnetice. Aceste câmpuri la distanțe mari pot afecta alte pe mișcarea particulelor încărcate. De exemplu, în plasmă, datorită scăderii lente a distanței forțelor Coulomb (
1 / r2) interacțiunea dintre particule afectează permanent mișcarea lor. Astfel, conceptul de proprietate colectivă înseamnă că mișcarea particulelor în plasmă este determinată nu numai de condițiile locale, dar, de asemenea, statutul său în zone îndepărtate.
Cu toate acestea, acest lucru nu este întotdeauna adevărat. În cazul în care plasma este atât de rară încât interacțiunea Coulomb dintre particule este mult mai mică decât efectul asupra lor de câmpuri electrice și magnetice externe (în spațiu din urmă, de obicei, semnificativ), plasma poate fi considerată ca o colecție de particule individuale, mișcarea care este determinată de câmpurile externe. de obicei, nu se manifestă procese colective de plasmă specifice într-o plasmă. Pe de altă parte, în cazul în care plasma este atât de dens încât frecvența coliziunilor binare este destul de mare, sau în cazul în care procesele de a alerga cu un timp caracteristic, depășind în mod semnificativ timpul unui electron liber sau cale de ioni, atunci nu există nici un proces de plasmă specifice. In astfel de cazuri, plasma poate fi privit ca un mediu continuu și obișnui, sau corelarea ecuația magnetohidrodinamic descrie.
interacțiunea dintre moleculele din aer și particulele încărcate în plasmă.
? În ce condiții plasma poate fi privit ca un mediu continuu?