әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық Университеті
Физика факультеті
Курстық жұмыс
ТАқЫРЫБЫ:
Плазма – заттың төртінші күйі
ОРЫНДАғАН:СТУД.ОСПАНОВА Н.Б.
қАБЫЛДАғАН:ПРОФ.РАМАЗАНОВ Т.қ. .
АЛМАТЫ , 2003
Жоспар:
Плазма – заттың төртінші күйі 1
II Негізгі бөлім 2
I Кіріспе 3
Плазманың квазинейтралдығы 7
Плазма туралы жалпы ұғым 8
Плазма түрлерінің классификациясы 12
Плазманың негізгі қасиеттері 15
Қорытынды 17
I Кіріспе
Плазма туралы сөз қозғамас бұрын оны алу жолын
Баяу балқығыш материалдан жасалған жабық ыдыстың ішінде аз
Атомдардың хаостық жылулық қозғалысының орташа жылдамдығы түбір
((1(3*100²(Т/А.
Мұндағы Т-плазманың абсолют температурасы және
(1.1) Формуласынан температура Т(((((( болғанда атомның орташа жылдамдығы
Температураны техникаға қатысты (абсолют нольден бірнеше градус томен(
Әрбір атом жалпы массасы жинақталған оң зарядты ядродан
Температураның өсуіне байланысты осы қоспадағы иондар мен
1.сур Сутектің
температураға тәуелділігі.
Абцисса осі бойынша абсолют температурасы,ординато бойынша – газда
Сондықтан анықтық үшін 1-сур. газ көлемі 1см³ болғанда
Сутек атомының электрон қабығы бір ғана электроннан тұратын
Басқа элементтердің электрон қабығының құрылысы күрделі болады. Оның
Жоғарыда айтылғандай температурасы 20 000-30 000( нейтрал атом
Газдың жоғарғы температурада ионизациялану процесінде бір жағынан жеке
Атомдары мен молекулаларының басым бөлігі иондалған газды плазма
Қарастырып өткен плазманы алу жағдайы практика жүзінде мүмкін
Ол ішкі жағынан тоқ өтуінен пайда болған энергиямен
Сонымен қатар бұндай плазма әр түрлі кыздырылған бірнеше
Wt=3/2*kT (1.2)
Мұндағы k-Больцман тұрақтысы,ол 1.38*10 эрг/град.
Электрон, ион, нейтрал газдардың орташа кинетикалық энергияларының әр
Кейбір арнайы жағдайларда ғана жоғары иондалған плазманың
Плазманың квазинейтралдығы
Енді плазма туралы жалпы түсінігімізді түйіндеп, плазманың негізгі
Ең қарапайым жағдай, барлық иондары бір зарядталған атомарлы
ne=n1+n2+n3+... (1.3)
Оң және теріс зарядтар концентрация арасындағы осындай байланыс
Туындайтын орынды сұрақ:иондалған газдарда квазинейтралдық шарты қандай
Егер ne мен ni-дің ауытқуына сәйкес келетін Wп
R >> 5(Te/n
Квазинейтралдықтың орындалу шартының сандық мәні. Мұндағы n-зарядталған
Мұндағы 5(Te/n шамасын неміс физигінің атымен дебай
Плазма туралы жалпы ұғым
Сонымен плазманы қалай алуға болатыны туралы және қысқа
Алғашында плазма физиктерді электр тоғын өткізгіш ретінде, әрі
Қазіргі таңда плазманың сан қырлы жаңа бейнесі мен
Плазма - өзара қарапайым электрлік кулон күшімен әсерлесетін
Плазманың жоғарыда айтылғын анықтамасына тоқталайық. Электр күші
Плазманың нейтралдығын жоғалтуынан пайда болатын өріс кернулігін анықтау
divЕ=4(( (1.5)
Мұндағы (-электр зарядының тығыздығы. Егер масштабының сызықтық өлшемі
divЕ(E=4(ne, бұдан шығатыны E(4(neх.
Зарядтардың бөліну облысында плазма потенциалы мынандай мәнге өзгереді
V~Eх~4(neх² (1.6)
Мынандай мысал қарастырамыз.
Алғаш қалыпты температурада және 1 мм рт.ст. қысымда
Егер диаметрі 1мм көлемде квазинейтралдықтың бұзылуы байқалса, электр
Бірақ бұндай зарядтар бөлінуі болмайтындығы белгілі. Тіпті жақсы
Сызықтық мәні ( болатын аудандағы зарядтардың толық
U=eV~4(ne²(²~((
Бұл теңдеуден шығатыны (~(((/4(ne²
Плазмада электр өрісін экрандау әдісінен де (-ның мәнін
Қарастырып отырған аудан аралығында электр өрісінің экрандалуы болатынын
болатындығын көреміз. Экрандаудың осы ұзындығын Дабаев күшті электролиттер
Біртіндеп бұл түсінік плазма физикасына ауысып, дебаев радиусы
Мұндағы Т-әзірше электрондық және иондық компоненттері үшін бірдей
t~rd/(е=((kT/4(ne²)/((m/kT)=((m/4(ne²) (1.8)
Кеңістікте және уақыт бойынша зарядтардың декомпенсация масштабы плазманың
Дебаев радиусы түсінігін пайдалана плазманы заттың ерекше күйі
Енді айтып өткен плазманың параметрлері конценгтрация мен температураға
1.Плазма бір зарядты ғана емес, бірнеше зарядты иондардан
тұратын болғандықтан электрондық және иондық концентрациялар бір-біріне тең
2. Тек иондар мен электрондардың орташа кинетикалық энергиясы
Плазма түрлерінің классификациясы
Енгізілген дебаев радиусы мен плазмалық жиілікке сүйене табиғатта
2-сур Плазма түріне байланысты дебаев радиусы
мен плазма тербелісінің энергиясы.
Табиғаттағы басым көп плазманың түрін (космостық,газразрядты т.с.с.( идеал
Егер плазма құрамында зарядталған бөлшектер, иондар мен
Плазмада ионизация деңгейі ионизация процестері арасында жарыс, атомдардың
Термодинамикалық тепе-теңдіктегі плазмада ионизация деңгейі тура не кері
(g1/g2)exp(-(w1-w2)/kT)
Мұндағы g1 және g2 энергиялары W1 және W2
g1 ( V p³ /h³( V/ h³(2mkT)²
V-1 электрон ушін геометриялық көлем, ол V (
g2 ( 1/ neh³ (2mkT)² .
Осы формулаларды пайдалана отырып ионизация деңгейінің газ температурасына
ne/ni = g1/g2 exp(-1/kT) ( 1/ neh³(2mkT)² exp(-1/kT)
(1.12)
Немесе мынадай түрге ие болады:
ne/ni ( 1/ neh(2mkT) exp(-1/kT)
Сех формуласы газ концентрация тығыздығы аз болған сайын
Термодинамикалық тепе-теңсіз плазманың ионизациялау деңгейін анықтау үшін ионизациялауға
Плазманың негізгі қасиеттері
Плазма қасиеті нейтрал газдың табиғатынан басты екі фактор
Плазманын ең негізгі қасиеті оның квазинейтралдығы. Ол
rd = (кТiTe/4(ee ei (niTi+neTe)
Тек осы шарт орындалғанда ғана плазманы зат күйі
Плазма бөлшектерінің өзара әсер энергиясы жылулық энергияға қарағанда
Nd=4/3(rd³n>>1.
Плазма бөлшектерінің жылулық хаостық қозғалысынан басқа реттелген коллективті
(B(((((в лармор спиралі бойынша айналғандағы тректория радиусы.
(4-суретте)
4-сурет. Электрондар мен иондардың лармор
спиралі бойымен қозғалысы.
Бұндай айналыстағы токтардың магнит моменті және біртексіз өрісте
Егер плзмада еш интенсивті тербелістер және тұрақсыздық байқалмаса
Магнит өрісінің “ажырамастығы” плазманың тағы бір ерекше қасиетін
Температурасы Т