Излучение плазмы
Явление рекомбинации электрона с положительным ионом заключается в том, что свободный электрон, пролетая в поле иона, захватывается им, и переходит в связанное состояние.
При этом освобождается
энергия, равная сумме кинетической
энергии свободного электрона и его
энергии связи. Например, если электрон
с энергией
захватывается протоном и в результате
образуется нормальный атом водорода,
то полный выигрыш энергии составит
.
Квазинейтральность плазма
У обычных сварочных
дуг, горящих при атмосферном давлении,
столб дуги представляет собой плазму.
В полностью ионизированной плазме
нейтральные частицы отсутствуют (т.е.
плазма почти нейтральна). Отрицательный
заряд электронов почти полностью
нейтрализует положительный заряд ионов.
Но так как электрон гораздо подвижен,
чем ион, то поле быстро заставляет
электроны уходить к аноду, столб дуги
по отношению к катоду имеет положительный
потенциал. Плазма дуги бывает двух
видов: горячей и холодной. Когда
,
то плазма называется холодной или же
энергия теплового движения
.
Плазма считается
горячей при
,
.
Для оценки квазинейтральности плазмы служит понятие временного и пространственного масштабов разделения зарядов. Пространственное разделение зарядов измеряется Дебаевским радиусом полярности
,
т.е. если размеры
области, занимаемой ионизированным
газом с заданной концентрацией
и электронной температурой
,
значительно превосходит
,
то внутри этой области можно считать
,
а если есть многозарядные ионы с зарядом
,
то
.
Это и есть основное уравнение
квазинейтральности плазмы, при соблюдении
которого скопление заряженных частиц
может считаться плазмой.
Например, определить
для сварочной высокоионизированной
плазмы при
.
.
Термическое равновесие
Плазма состоит из трех различных компонентов: нейтрального, ионного и электронного газов.
- температура нейтрального газа;
- температура электронного газа;
- температура ионного газа.
Газы, нейтральный и ионный, в виду приблизительно одинаковой массы, имеют приблизительно одинаковую температуру. = .
Плазма, в которой = = , называется изотермической или термической (равновесной).
Получению изотермической
плазмы способствуют повышение давления
газа и силы тока. Обычная сварочная
дуга, горящая при атмосферном давлении,
считается изотермической или равновесной.
Получению неравновесной плазмы
способствуют понижение давления газа
до
и
.
В неравновесной плазме
очень отличается от
,
может быть несколько тысяч градусов, а
иметь комнатную температуру.
Плазма – идеальный газ
Идеальный газ – система частиц, силами притяжения и размерами которых можно пренебречь.
Плотность плазмы, несмотря на высокую температуру, мала. Поэтому плазму можно считать идеальным газом. Для плазмы можно считать справедливым закон газового состояния для одного моля.
;
; 
;
.уравнение
саха
Уравнение саха
Для равновесной плазмы на основании теоретических рассуждений. Индийский физик Саха вывел уравнение, определяющее степень ионизации плазмы.
Степень ионизации – отношение числа ионизированных частиц (электронов и ионов) в плазме. К числу первоначально взятых
,
где
- квантовый коэффициент;
- степень ионизации;
- температура;
- энергия ионизации;
- статический (квантовый) вес, отвечающий
числу возможных состояний частицы с
одинаковой энергией;
- что соответствует двум направлениям
спина.
Для ионов и нейтральных
атомов
,
вычисляют исходя из строений атомов.
Степень ионизации
зависит от температуры, от потенциала
ионизации и обратно пропорциональна
из давления. Уравнение Саха относится
только к одному газу.
Кривые зависимости степени ионизации от температуры, вычисленные по уравнению Саха имеют S - вид.
Например:
при
при
при
при
.
Вначале кривая растет с повышением температуры, а при очень высоких температурах замедляется, так как уменьшается количество атомов способных к ионизации.
А при
означает, что все атомы полностью
ионизированы.