Лекция 1. Плазма – коллективное состояние заряженных частиц ионизованного газа. Пространственные и временные масштабы разделения зарядов в плазме. Идеальная. - презентация

1 Лекция 1. Плазма – коллективное состояние заряженных частиц ионизованного газа. Пространственные и временные масштабы разделения зарядов в плазме. Идеальная и неидеальная, вырожденная плазма. Холодная (газоразрядная), горячая и релятивистская плазма. I. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И СВОЙСТВА ПЛАЗМЫ В литературе можно встретить различные определения плазмы. Например, «Плазма – основное состояние материи Вселенной». «Плазма – четвертое состояние вещества». «Плазма – ионизованный газ, обладающий свойством квазинейтральности»

2 Плазма спиралевидные галлактик Плазма Солнца

3 Пылевая плазма представляет собой ионизованный газ, содержащий пылинки - частицы твердого вещества. Такая плазма часто встречается в космосе: в планетных кольцах, хвостах комет, межпланетных и межзвездных облаках

4 Строение звезд Можно определить время жизни звезды на главной последовательности как время горения водорода в ядре. Внутреннее строение звезды меняется за время жизни на ГП. Для Солнца время жизни на ГП составит лет. Современный возраст Солнца оценивается как лет. Схема внутреннего строения Солнца на начальной ГП и в конце жизни, когда уже почти полностью выгорел водород: Однородный водородный состав Энерговыделяющее ядро Зона лучистого переноса Конвективная оболочка Гелиевое ядро

5 Плазма газовых разрядов в Природе

6 Плазма шаровой молнии Шаровая молния - светящийся сфероид, обладающий большой удельной энергией, образующийся нередко вслед за ударом линейной молнии. Длительность существования шаровой молнии от секунд до минут, а исчезновение может сопровождаться взрывом. Природа шаровой молнии ещё не выяснена.

7 Дебаевский радиус. Расходящиеся на расстояние x заряды создают электрическое поле, которое можно определить из одномерного уравнения Пауссона:, так что Е=4 nex, где n - концентрация плазмы (концентрация электронов и ионов ). Максимальное расстояние, на которое могут разойтись заряды, и было названо дебаевским радиусом по имени немецкого физика Дебая, который впервые его ввел, исследуя явление электролиза. Радиус Дебая: Схема разделения зарядов

8 Плазменная частота Полагая, что ионы покоятся, рассмотрим движение электрона в электрическом поле Е. Уравнение движения электрона где - масса электрона, совпадает с уравнением движения для одномерного осциллятора, то есть электрон будет совершать колебания с частотой, которая получила название плазменной или электронной ленгмюровской частоты:

9 Критерий квазинейтральности плазмы пространственный критерий квазинейтральности плазмы имеет вид : временной критерий квазинейтральности плазмы имеет вид : радиус Дебая может быть связан с плазменной частотой соотношением: так что временной критерий вытекает из пространственного.

10 Классификация видов плазмы. Плазма называется идеальной, если Если для характеристики плазмы ввести величину, равную количеству частиц в дебаевской сфере (число Дебая):, то условие идеальности примет вид: Прямая отделяет область идеальной плазмы и неидеальной. плазма становится квантовой вырожденной, при Низкотемпературной (холодной или газообразной) плазмой называют плазму, у которой средняя энергия электронов меньше потенциала ионизации атомов газа (T < 10 эВ).

11 Таблица. Межгал актичес кая плазма Ионосф ера Земли Плазма газового разряда Термояде рная плазма Солнце n [см -3 ]10 2 ÷ ÷ ÷ ÷ T [K]10 2 ÷ ÷ ÷ ÷ r d [см] NdNd

12 n, см -3 Межпланет- ная плазма Ионосфе- ра Земли Солнечн- ый ветер Солнечная корона Термоядерная плазма Релятивистская плазма N d = 1 Квантовая вырожден- ная плазма Неидеальная плазма n, см -3 Т, К