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实验七气体放电等离子体特性实验当温度在0ºC会变成水，而温度上升到100ºC时，水会沸腾变成水蒸气，这就是我们熟知的物质三态（固态、液态和气态）。
而当温度升到几千度时，气态物质由于分子热运动剧烈，物质分子相互间的碰撞会使气体分子发生电离，在电离过程中正离子和电子总是成对出现，这样气态物质就变成由相互作用的正离子和电子组成的物质的第四态－等离子体。
由于在等离子体中正离子和电子总数大致相等，因此等离子体在宏观上保持电中性。
所以等离子体实质上是密度大致相等的带正电荷的离子和带负电荷的电子组成的电离气体。
因为等离子体有着许多独特的性能，如温度高、粒子动能大，化学性质活泼等，因此广泛应用于能源、物质与材料和环境等领域中。
【实验目的】本实验的目的是观察气体放电现象，用探极法测量等离子体物理参量。
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【实验原理】1.等离子区的产生气体原来是不导电的绝缘介质，当我们把它密封在一个长的圆柱形玻璃放电管中，在放电管的阴极和阳极间加上直流高压（管的气体压强几十帕），在所加高压达到某一个电压值时，放电管被明亮发光的等离子体充满，即放电管发生辉光放电，整个放电空间为明暗相间的八个光层所分割，如图1，其中⑥即为等离子区。
图1①阿斯屯暗区由于电子刚从阴极发出，能量很小，不能使气体分子产生电离和激发，因此不能发光，所以是暗区，这是一个极薄的区域。
②阴极辉区电子通过阿斯屯暗区的加速，具有较大的动能，当这些电子遇到气体分子发生碰撞时，使气体分子激发发光。
③阴极暗区电子经前二区域，绝大部分电子没有和气体分子碰撞，因此在这区域内的电子具有很大的能量，产生很强的电离。
而电子较轻，受电场力作用后跑掉，留下大量正离子，使得这里具有很高的正离子浓度，形成极强的正电荷空间，造成电场的严重畸变，结果绝大部分管压都集中在这一区域和阴极之间。
在这样强的电场作用下，正离子以很大的动能打向阴极产生显著的二次电子过程，而电子又以很大的加速度离开阳极，向前运动产生雪崩过程。
气体放电等离子体实验报告气体放电等离子体实验报告引言：气体放电等离子体实验是一项重要的物理实验，通过对气体放电现象的研究，可以深入了解等离子体的性质和行为。
本实验旨在通过观察和分析气体放电等离子体的特性，揭示等离子体的基本原理和应用。
实验目的：1. 研究气体放电的基本特性，如放电现象、放电形态等；2. 探索气体放电等离子体的性质，如等离子体的密度、温度等；3. 分析气体放电等离子体的应用领域，如等离子体在光谱分析、材料处理等方面的应用。
实验材料和装置：1. 气体放电实验装置：包括气体放电管、高压电源、电流表、电压表等；2. 气体：常见的气体有氢气、氦气、氮气等；3. 实验记录仪器：如摄像机、数据采集器等。
实验步骤：1. 准备实验装置，并确保安全；2. 连接高压电源和气体放电管，调节电压和电流；3. 打开电源，观察气体放电管内的放电现象；4. 记录放电的形态、颜色、亮度等特征；5. 测量放电管两端的电压和电流，并记录数据；6. 调节电压和电流，观察放电现象的变化；7. 使用摄像机或数据采集器记录实验过程；8. 分析实验数据，得出结论。
实验结果与分析：经过实验观察和数据分析，我们发现不同气体在不同电压和电流条件下，产生了不同的放电形态和颜色。
例如，在低压条件下，氢气放电呈现出红色的辐射，而在高压条件下，氢气放电呈现出紫色的辐射。
这是因为不同气体的原子结构和能级分布不同，导致其放电现象也不同。
通过实验数据的分析，我们还可以计算出等离子体的密度和温度。
根据普朗克公式和玻尔兹曼关系，我们可以利用放电管两端的电压和电流数据，推导出等离子体的密度和温度。
这对于等离子体物理学的研究具有重要意义。
实验应用：气体放电等离子体在许多领域都有广泛的应用。
例如，在光谱分析中，气体放电等离子体可以用于分析物质的成分和结构。
通过观察等离子体在不同波长下的辐射光谱，可以确定样品中的元素和化合物。
此外，气体放电等离子体还可以应用于材料处理。
南京大学物理系实验报告题目实验2.3 气体放电中等离子体的研究姓名董佳婧学号 141120021一、引言等离子体作为物质的第四态在宇宙中普遍存在。
在实验室中对等离子体的研究是从气体放电开始的。
朗缪尔和汤克斯首先引入“等离子体”这个名称。
近年来等离子体物理学有了较快发展，并被应用于电力工业、电子工业、金属加工和广播通讯等部门，特别是等离子体的研究，为利用受控热核反应，解决能源问题提供了诱人的前景。
二、实验目的1、了解气体放电中等离子体的特性。
2、利用等离子体诊断技术测定等离子体的一些基本参量。
三、实验原理1、等离子体及其物理特性等离子体有一系列不同于普通气体的特性：（1）高度电离，是电和热的良导体，具有比普通气体大几百倍的比热容。
（2）带正电的和带负电的粒子密度几乎相等。
（3）宏观上是电中性的。
2、等离子体的主要参量描述等离子体的一些主要参量为：（1）电子温度Te。
它是等离子体的一个主要参量，因为在等离子体中电子碰撞电离是主要的，而电子碰撞电离与电子的能量有直接关系，即与电子温度相关联。
（2）带电粒子密度。
电子密度为ne ，正离子密度为ni，在等离子体中ne≈ni。
（3）轴向电场强度EL。
表征为维持等离子体的存在所需的能量。
（4）电子平均动能Ee 。
（5）空间电位分布。
3、稀薄气体产生的辉光放电本实验研究的是辉光放电等离子体。
辉光放电是气体导电的一种形态。
当放电管内的压强保持在10-102Pa时，在两电极上加高电压，就能观察到管内有放电现象。
辉光分为明暗相间的8个区域。
8个区域的名称为（1）阿斯顿区，（2）阴极辉区，（3）阴极暗区，（4）负辉区，（5）法拉第暗区，（6）正辉区（即正辉柱），（7）阳极暗区，（8）阴极辉区。
如图1所示，其中正辉区是我们感兴趣的等离子区。
其特征是：气体高度电离；电场强度很小，且沿轴向有恒定值。
这使得其中带电粒子的无规则热运动胜过它们的定向运动。
所以它们基本上遵从麦克斯韦速度分布律。
气体放电研究报告气体放电是一种重要的物理现象，其涉及强电场和气体分子之间的相互作用。
该现象在各种应用中都有广泛的应用，例如照明技术、等离子体技术和放电加工技术等。
因此，研究气体放电对于促进技术发展和实现可持续发展至关重要。
一、气体放电的特征气体放电的主要特征是在气体中形成等离子体。
等离子体是由电离的气体分子和自由电子组成的电中性体系，其特点是具有一定的导电性、化学性和热力学性质。
气体放电的形成过程主要涉及两个方面的过程：电离过程和电子复合过程。
电离过程是指在气体中形成自由电子和离子的过程，它是由电子与分子碰撞而发生的，根据电子吸收的能量不同，电离过程可分为光电离、冷电离和热电离。
电子复合过程是指由自由电子与离子结合的过程，该过程主要是放出光子的过程，这些光子在多数情况下被称为谱线光子。
二、气体放电在光源技术中的应用气体放电在光源技术中有着广泛的应用，例如氙气闪光灯、气体放电管和化学激光器等。
其中，氙气闪光灯是由气体放电产生的一种宽谱辐射源，其光谱范围广，峰值波长集中在253.7nm和184.9nm，具有高辐射强度和发光稳定性的特点。
气体放电管也是由气体放电产生的一种离子化器，它能够将弱信号放大，常用于放大器和谐振器的制备中。
此外，化学激光器则是利用气体放电激发电离的稀有气体，通过不同能量的激活，使气体分子的能级发生变化，从而产生激光。
三、气体放电在等离子体技术中的应用气体放电在等离子体技术中有着广泛的应用，例如等离子体喷雾、等离子体退火和等离子体刻蚀等。
其中，等离子体喷雾是一种将样品溶液产生微细颗粒的技术，其原理是将极化剂和离子源放在气体放电的电子束中，由于强电场和离子与离子之间的碰撞，样品分子被分解成离子和原子，从而形成微细颗粒。
等离子体退火则是将所需材料放在气体放电中，用等离子体的高温等性质退火材料，从而形成装置所需形状的材料。
等离子体刻蚀是将所需材料放在气体放电中，用等离子体的碰撞和物理性质进行刻蚀，从而形成所需的形状和尺寸。
气体放电等离子体实验报告气体放电等离子体实验报告引言：气体放电等离子体实验是一项重要的实验，通过在气体中施加电场，使气体分子电离并形成等离子体。
这一实验具有广泛的应用领域，如等离子体物理、光谱学、材料科学等。
本报告将详细介绍气体放电等离子体实验的过程、实验装置和实验结果。
实验过程：1. 实验准备首先，我们准备了实验所需的材料和设备，包括气体放电管、电源、电压表、电流表等。
然后，我们对实验装置进行了检查和调试，确保其正常工作。
2. 实验操作将气体放电管连接到电源上，并设置合适的电压和电流。
然后，通过调节电压和电流的大小，控制气体放电管中的等离子体形成和维持。
3. 数据记录在实验过程中，我们记录了气体放电管中的电压和电流变化情况，并观察了等离子体的形态和颜色变化。
同时，我们还测量了等离子体的温度、密度等参数。
实验装置：实验装置主要包括气体放电管、电源、电压表、电流表和数据记录设备。
1. 气体放电管气体放电管是实验中最关键的部分，它由玻璃管和两个电极组成。
玻璃管内充满了待研究的气体，如氢气、氮气等。
电极通过电源提供电场，使气体分子电离并形成等离子体。
2. 电源电源是为气体放电管提供电场的设备，它可以提供不同电压和电流的输出。
通过调节电源的输出参数，可以控制等离子体的形成和维持。
3. 电压表和电流表电压表和电流表用于测量气体放电管中的电压和电流。
通过监测电压和电流的变化，可以了解等离子体的形成和消失过程。
4. 数据记录设备数据记录设备用于记录实验过程中的各种参数，如电压、电流、等离子体的形态和颜色等。
通过对这些数据的分析，可以得出实验结果并进行进一步的研究。
实验结果：在实验过程中，我们观察到了气体放电管中的等离子体形态和颜色的变化。
随着电压和电流的增加，等离子体的亮度和密度逐渐增加。
同时，等离子体的颜色也发生了变化，从无色逐渐变为蓝色、紫色等。
我们还测量了等离子体的温度和密度，发现随着电压和电流的增加，等离子体的温度和密度也随之增加。
等离子体放电实验报告等离子体放电实验报告引言：等离子体是一种由带正电荷的离子和带负电荷的电子组成的高度电离的气体。
等离子体放电实验是一种常见的物理实验，通过施加电场或电压，使气体中的原子或分子电离，形成等离子体，并观察等离子体的放电现象。
本实验旨在探究等离子体放电的特性和规律。
实验设备和方法：1. 实验设备：- 玻璃管：用于容纳气体和形成等离子体的容器；- 电源：用于提供电场或电压；- 气体：常用的气体有氩气、氢气等；- 电压表和电流表：用于测量电场强度和电流。
2. 实验方法：- 将玻璃管充满所选气体；- 将电源接入玻璃管两端，施加适当的电压；- 观察等离子体的放电现象，并记录电流和电场强度的变化；- 改变电压、气体种类或气体压强，重复实验并记录观察结果。
实验结果与分析：1. 放电现象：在实验中，我们观察到等离子体放电时，玻璃管内的气体会发出明亮的光芒，且电流表会显示出电流的变化。
放电现象的强弱和稳定性与电压的大小、气体种类和气体压强有关。
2. 放电规律：- 电压与放电强度的关系：实验中发现，随着电压的增加，放电强度也增加。
当电压达到一定值时，放电强度会迅速增加，形成较强的等离子体。
- 气体种类与放电强度的关系：不同气体的放电特性不同。
例如，氩气放电强度较大，而氢气放电强度较小。
这是因为气体中的原子或分子电离能不同，导致放电特性的差异。
- 气体压强与放电强度的关系：实验中发现，当气体压强较低时，放电强度较小；当气体压强较高时，放电强度较大。
这是因为气体压强的增加会增加原子或分子电离的机会，从而增强放电现象。
实验讨论与应用：1. 实验讨论：- 等离子体放电实验是研究等离子体物理性质的重要手段，通过实验可以深入了解等离子体的形成、结构和特性。
- 等离子体放电现象在自然界和工业中广泛存在。
例如，闪电就是大气中的等离子体放电现象，等离子体放电技术也被应用于气体放电灯、等离子体刻蚀等领域。
2. 应用展望：- 等离子体放电技术在材料加工、环境治理、能源研究等方面具有广阔的应用前景。
南京大学物理系实验报告题目实验2.3 气体放电中等离子体的研究姓名董佳婧学号 141120021一、引言等离子体作为物质的第四态在宇宙中普遍存在。
在实验室中对等离子体的研究是从气体放电开始的。
朗缪尔和汤克斯首先引入“等离子体”这个名称。
近年来等离子体物理学有了较快发展，并被应用于电力工业、电子工业、金属加工和广播通讯等部门，特别是等离子体的研究，为利用受控热核反应，解决能源问题提供了诱人的前景。
二、实验目的1、了解气体放电中等离子体的特性。
2、利用等离子体诊断技术测定等离子体的一些基本参量。
三、实验原理1、等离子体及其物理特性等离子体有一系列不同于普通气体的特性：（1）高度电离，是电和热的良导体，具有比普通气体大几百倍的比热容。
（2）带正电的和带负电的粒子密度几乎相等。
（3）宏观上是电中性的。
2、等离子体的主要参量描述等离子体的一些主要参量为：（1）电子温度Te。
它是等离子体的一个主要参量，因为在等离子体中电子碰撞电离是主要的，而电子碰撞电离与电子的能量有直接关系，即与电子温度相关联。
（2）带电粒子密度。
电子密度为ne ，正离子密度为ni，在等离子体中ne≈ni。
（3）轴向电场强度EL。
表征为维持等离子体的存在所需的能量。
（4）电子平均动能Ee 。
（5）空间电位分布。
3、稀薄气体产生的辉光放电本实验研究的是辉光放电等离子体。
辉光放电是气体导电的一种形态。
当放电管内的压强保持在10-102Pa时，在两电极上加高电压，就能观察到管内有放电现象。
辉光分为明暗相间的8个区域。
8个区域的名称为（1）阿斯顿区，（2）阴极辉区，（3）阴极暗区，（4）负辉区，（5）法拉第暗区，（6）正辉区（即正辉柱），（7）阳极暗区，（8）阴极辉区。
如图1所示，其中正辉区是我们感兴趣的等离子区。
其特征是：气体高度电离；电场强度很小，且沿轴向有恒定值。
这使得其中带电粒子的无规则热运动胜过它们的定向运动。
所以它们基本上遵从麦克斯韦速度分布律。
第1篇一、实验目的1. 了解等离子体产生的基本原理和过程。
2. 掌握等离子体发光实验的操作方法。
3. 观察等离子体发光现象，分析其特性。
4. 研究等离子体发光在科研、工业等领域的应用。
二、实验原理等离子体是一种电离的气体，由带正电的离子和带负电的自由电子组成。
在高温或高压条件下，气体分子被激发，产生大量的自由电子和离子，形成等离子体。
等离子体中的电子在高温下被激发，跃迁到高能级，当电子回到低能级时，会释放出能量，产生可见光或紫外线。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：等离子体发生器、电源、光强计、光谱仪、示波器、电极、电极夹、导线、紫外-可见光滤光片、光学望远镜、光电池等。
2. 实验材料：氩气、氮气、氦气、氧气等。
四、实验步骤1. 准备工作：将等离子体发生器、电源、光强计、光谱仪、示波器等仪器连接好，确保仪器正常工作。
2. 气体充入：将所需气体充入等离子体发生器，确保气体压力适宜。
3. 等离子体产生：打开电源，调节电压和电流，使气体电离产生等离子体。
4. 光谱测量：使用光谱仪测量等离子体发光光谱，分析其特征。
5. 光强测量：使用光强计测量等离子体发光强度，分析其变化规律。
6. 示波器观察：使用示波器观察等离子体发光信号，分析其变化过程。
7. 实验结果分析：对实验数据进行处理和分析，总结实验结果。
五、实验结果与分析1. 等离子体产生：在实验过程中，当电压和电流达到一定值时，气体开始电离，产生等离子体。
2. 等离子体发光光谱：光谱仪测得的等离子体发光光谱显示，等离子体在可见光和紫外光范围内都有较强的发光。
3. 等离子体发光强度：光强计测得的等离子体发光强度随电压和电流的增加而增加，但达到一定值后趋于稳定。
4. 示波器观察：示波器显示的等离子体发光信号呈脉冲状，其脉冲宽度与电压和电流有关。
六、实验结论1. 成功产生等离子体，并观察到等离子体发光现象。
2. 等离子体发光光谱显示，等离子体在可见光和紫外光范围内都有较强的发光。
气体放电研究报告摘要：本研究报告主要探讨了气体放电现象及其应用领域。
首先介绍了气体放电的基本概念和分类，包括导电现象、击穿电压、电流密度等关键参数。
接着对气体放电的机理进行了详细解析，包括电子碰撞、电离、复合等过程。
然后，报告着重讨论了气体放电在电力传输、照明、显示技术等领域的应用，并介绍了一些典型的气体放电器件。
最后，对气体放电研究进行了总结，并提出了未来的研究方向和挑战。
1. 引言气体放电是指在一定条件下，气体中电子受到加速或激发，从而产生电子碰撞、电离和复合的过程。
这种现象广泛应用于各个领域，对于现代科技的发展起到了重要的推动作用。
本报告旨在对气体放电现象进行全面的研究和探讨。
2. 气体放电的基本概念与分类2.1 导电现象导电现象是指当电子在气体中获得足够的能量时，可以在气体中自由移动，形成电流。
不同的气体导电行为有所差异，其中包括气体的类型、温度、压力等因素的影响。
2.2 击穿电压击穿电压是指在一定条件下，气体中的电阻突然减小，电流迅速增加的临界电压。
击穿电压是判断气体放电性质的重要指标。
2.3 电流密度电流密度是指在单位时间内通过气体区域的电流量。
它是评估气体放电强弱的定量指标。
3. 气体放电的机理气体放电过程复杂而多样，主要涉及电子碰撞、电离和复合等物理过程。
电子碰撞是指电子与气体分子之间的相互作用，激发出新的电子和离子。
电离过程是指电子与气体分子相碰后，气体分子中的一个或多个电子被夺去，从而形成离子。
复合是指电子和离子重新结合成为气体分子的过程。
4. 气体放电的应用4.1 电力传输气体放电在电力传输中起到关键作用。
例如，高压输电线路中的空间放电保护器可以消除雷电冲击，保护电力设备的安全运行。
4.2 照明技术气体放电在照明技术中得到了广泛应用。
例如，气体放电灯具如荧光灯、氙气灯具有高亮度和节能的特点，逐渐取代了传统的白炽灯。
4.3 显示技术气体放电用于显示技术的典型代表是气体放电显示屏幕，如等离子体显示器。
等离子体放电实验报告《等离子体放电实验报告》摘要：本实验旨在探究等离子体放电的特性和规律。
通过在实验室中建立等离子体放电装置，观察等离子体放电的过程和现象，分析实验数据，得出了等离子体放电的规律和特性。
实验结果表明，等离子体放电是一种高能物质释放的现象，具有较强的热量和光谱特性，对于研究等离子体物理和应用具有一定的参考价值。
引言：等离子体是一种由带电粒子和中性粒子组成的物质状态，具有高能量和高温度的特性。
等离子体放电是指在一定条件下，等离子体发生放电现象，释放出能量和光谱。
本实验旨在通过建立等离子体放电装置，观察等离子体放电的过程和现象，探究其规律和特性。
实验装置和方法：本实验采用了等离子体放电装置，包括真空室、高压电源、等离子体激发源等。
首先，将真空室抽成一定的真空度，然后加入适量的气体，通过高压电源加电，形成等离子体放电。
在等离子体放电的过程中，使用光谱仪和热像仪对等离子体放电的光谱和热量进行观测和记录。
实验结果和分析：实验结果显示，等离子体放电过程中释放出大量的能量，产生强烈的光谱和热量。
通过光谱仪观测到了等离子体放电的光谱特性，发现了特定波长的光线，表明等离子体放电产生了特定的能级跃迁。
同时，热像仪观测到了等离子体放电的高温现象，显示出了等离子体放电的高能量特性。
结论：通过本实验，我们得出了等离子体放电的特性和规律。
等离子体放电是一种高能物质释放的现象，具有较强的热量和光谱特性。
这对于研究等离子体物理和应用具有一定的参考价值。
同时，本实验也为进一步研究等离子体放电提供了一定的实验基础和数据支持。
一种大气压放电氦等离子体射流的实验研究_江南近年来，大气压放电在等离子体物理、光谱学、离子化学及生物医学等领域得到了广泛的应用和研究。
其中，大气压放电氦等离子体射流是一种非常有活力的研究方向。
大气压放电氦等离子体射流是通过施加高压电场使氦气发生放电，并产生等离子体射流。
该等离子体射流具有高速度、高温度、高浓度等优点，适用于多种化学、物理和生物学实验。
大气压放电氦等离子体射流实验涉及多个步骤。
首先，需要准备放电装置，包括气体供给系统、电源系统和等离子体射流探测系统等。
这些装置需要精确地控制氦气的流量、气体的纯度和电压的大小，以确保实验的稳定性和可靠性。
然后，将氦气注入放电室，调节气压和气体流量，使氦气达到放电状态。
接下来，施加高压电场，产生等离子体射流。
通过调节电压大小和电场强度，可以控制等离子体射流的速度和温度。
最后，使用等离子体射流探测系统，对射流进行观察和分析。
大气压放电氦等离子体射流实验的研究内容很丰富。
在物理学方面，可以研究等离子体射流的基本性质、运动特性和相互作用。
通过利用高速相机、谱仪和光电离探测器等先进仪器，可以观察到等离子体射流的形态、能量分布和光谱特性。
同时，可以研究等离子体射流与外部物质的相互作用，如与固体物质的碰撞、表面反应等。
这些研究对于深入理解等离子体物理和离子化学过程具有重要意义。
在化学和材料科学方面，大气压放电氦等离子体射流可以用于高温等离子体反应的研究。
等离子体射流具有高温度和高能量的特点，可以使其在气相和固相反应中发挥重要作用。
通过改变等离子体射流的参数，如温度、浓度和速度，可以调控和优化等离子体反应的过程和产物。
此外，等离子体射流还可以用于材料表面的处理和改性，如表面清洁、涂层制备和纳米材料合成等。
生物医学方面，大气压放电氦等离子体射流的应用潜力也非常巨大。
等离子体射流具有杀菌、促进伤口愈合和癌细胞治疗的效果。
通过调节等离子体射流的参数，可以选择性地杀死细菌、病毒和癌细胞，而对健康细胞的伤害较小。
等离子体特性研究Research on Plasma【教学基本要求】1．了解计算机数据采集的基本过程和影响采集精确度的主要因素。
2．掌握气体放电中等离子体的特性与特点。
3．掌握描述等离子体特性的主要参量及各参量的影响因素。
4．理解等离子体诊断的主要方法，重点掌握单探针法。
5．了解等离子体研究实验软件的主要功能，熟练操作软件。
【授课提纲】1．等离子体物理学科发展史和主要研究领域（1）等离子体物理学科发展简史●19世纪30年代起●20世纪50年代起●20世纪80年代起（2）等离子体物理主要研究领域●低温应用等离子体●聚变等离子体●空间和天体等离子体2．认识等离子体（1）空间等离子体展示（2）宇宙中90％物质处于等离子体态（3）等离子体概念（4）等离子体分类（5）等离子体是物质第四态（6）等离子体参数空间（7）电离气体是一种常见的等离子体（8）等离子体特性和主要参量3．等离子体诊断（1）德拜屏蔽和准中性（2）等离子体诊断－单探针法【板书内容】 等离子体特性研究φφtan 11600tan ==k e T ee e kT E 23=ee e m kT v π8=kT m eSI v eS I n e ee π2400==单探针伏安特性曲线()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-===e s p e e kT U U e I Se n e N I exp 410ϑ探针电子电流的对数特性CkT eU I ep +=ln ee e e n v E T ，，，单探针法实验接线图【实验报告】等离子体特性研究【实验目的】1. 了解气体放电中等离子体的特性。
2. 利用等离子体诊断技术测定等离子体的一些基本参量。
【实验原理】等离子体（又称等离子区）定义为包含大量正负带电粒子、而又不出现净空间电荷的电离气体。
也就是说，其中正负电荷密度相等，整体上呈现电中性。
等离子体可分为等温等离子体和不等温等离子体，一般气体放电产生的等离子体属不等温等离子体。
低温气体放电等离子体实验研究一、引言低温等离子体作为一种新型物质状态，在生物医学、材料科学、新能源等领域中有着广泛应用。
其中，低温气体放电等离子体实验研究是探索其基本特性的关键。
二、气体放电等离子体的基本特性气体放电等离子体是指通过电场将气体分子激发到高能级，产生电离和激发，使之形成电离区域而产生的等离子体。
气体放电等离子体的基本特性在于其电子、离子和中性粒子之间的相互作用。
（一）电子和离子电子和离子是低温气体放电等离子体中最为重要的组成部分。
电子在气体中很容易受到分子和原子的碰撞，成为气体离子。
气体离子会与气体分子相互碰撞，再次产生电子和离子。
（二）放电性质气体放电等离子体的形成需要具备一定的电压梯度，所以其形态各异，种类繁多。
放电的形态与气体的种类、气压、电压、频率等因素有关。
在气体放电等离子体实验研究中，常见的有针-板放电、介质放电、微波放电、脉冲放电等多种形式。
（三）等离子体反应低温气体放电等离子体会在化学反应和金属表面的沉积和脱附等过程中发挥作用。
其反应过程包括氢氧化反应、自由基反应、电子转移反应和离子反应。
三、低温气体放电等离子体实验研究低温气体放电等离子体实验研究是探索其基本特性和应用效果的关键。
可以通过不同的实验方法和手段，研究气体放电等离子体的基本特性、放电性质和等离子体反应。
（一）实验方法通常通过介质、微波和脉冲等放电形式，产生低温气体放电等离子体。
实验方法包括原位观测、电子束分析、光谱和化学分析等多种手段。
（二）实验手段通常利用真空系统、分子束设备、快速光谱分析仪、热释光分析仪等手段，在实验中观测和记录气体放电等离子体的基本特性和反应过程。
数字照相技术、电子显微技术、光学干涉技术等也广泛应用于低温气体放电等离子体的探索和研究。
四、低温气体放电等离子体实验研究的应用低温气体放电等离子体在生物医学、材料科学、新能源等领域中有着广泛应用。
其中，生物医学应用主要包括医疗杀菌、肿瘤治疗等；材料科学应用主要包括表面改性、薄膜沉积等；新能源应用主要包括等离子体电池、等离子体发电等。
实验名称：气体放电等离子体特性实验(一) -实验原理: 等离子体是物质存在的第四种形态，与物质三态（固态、液态、气态）相提并论。
等离子体由带正负电荷的粒子和中性原子组成，并在宏观上保持电中性。
气体辉光放电现象分析：当放电管内的气压降低到几十个毫米汞柱以下，两极加以适当的电压时，管内气体开始辉光放电，辉光由细到宽，布满整个管子。
当压力再降低时，辉光便分为明暗相间的八个区域，而大多数的区域集中在阴集附近。
八个极分别是：I阿斯顿暗区，II阴极光层，III阴极暗区，IV负辉区，V法拉第暗区，VI正辉区，VII阳极暗区和VIII阳极辉光。
I阿斯顿暗区(Aston dark space):这是紧靠阴极的一个极薄的区域。
电子刚从阴极发出，能量很小，不能使气体分子电离和激发，因而就不能发光，所以是暗区。
长度约有1毫米。
II阴极光层(Cathode layer):在阿斯顿暗区之后，很微薄的发光层。
因为电子经过区域I被加速，具有了较大的能量，当这些电子遇到气体分子时，发生碰撞，电子的一部分能量使气体分子的价电子激发，当它们跳回到基态时，便辐射发光。
III阴极暗区(Cathode dark space):紧靠阴极光层，两者不易区分。
由于电子经过区域II时，绝大部分没有和气体分子碰撞，因此它所具有的能量是比较大的，但电子激发气体分子的能量又必须是在一定的范围内，能量超过这一范围则激发的儿率是很小的。
因此形成了一个暗区。
在这一区域中，形成了极强的正空间电荷，结果绝大部分的管压都集中在这一区域和阴极之间。
于是正离子以很大的速度打向阴极，因而从阴极又脱出电子，而这些电子又从阴极向阳极方向运动，再产生如上所述的激发和电离的过程。
实验已经确定，阴极暗区的长度d与气体压强P的乘积是一个常数。
即：Pd=常数因此当气体压强降低时，阴极暗区的长度增加。
IV负辉区(Negative glow):它是阴极暗区后面一个最明亮的区域，并与阴极暗区有明显的分界。
气体放电实验报告一、实验目的本实验旨在探究气体放电现象，研究气体放电的基本规律和特性，以及不同条件下气体放电的变化。
二、实验原理气体放电是指在两个电极之间加上足够高的电压时，使其周围的气体分子发生离子化，形成带正负电荷的离子空间，并且在这个空间内发生放电现象。
气体放电可以分为直流放电和交流放电两种类型。
直流放电是指在两个极板之间施加直流高压，使得极板之间产生强烈的静电场，从而使得气体分子发生离子化并形成等离子体。
等离子体中存在着大量的自由带电粒子（如正负离子、自由电子等），它们通过碰撞和复合反应来维持等离子体中能量和带电粒子数目的平衡。
交流放电是指在两个极板之间施加交流高压，使得极板之间产生强烈而快速变化的静电场。
当静电场达到一定程度时，会引起气体分子发生离子化并形成等离子体。
由于交流高压的特殊性质，等离子体中的自由带电粒子会随着电场的变化而快速移动，从而使得等离子体中的能量和带电粒子数目发生快速变化。
三、实验装置本实验使用的气体放电装置主要包括高压发生器、气体放电室、气压计、电流表、电压表和示波器等设备。
四、实验步骤1. 将气体放电室连接到高压发生器上，并设置合适的输出电压和频率。
2. 将气体放电室内充满所需气体，并调节气压计以保持恒定的气压。
3. 通过调节高压发生器输出电压和频率，观察不同条件下气体放电现象的变化。
4. 使用示波器观察不同条件下气体放电产生的波形，并记录相关数据。
五、实验结果与分析在本次实验中，我们观察了不同条件下气体放电现象的变化。
具体来说，我们研究了以下几个方面：1. 不同气体对放电现象的影响：我们使用了不同种类的气体（如氢气、氧气、氮气等）进行了实验，发现不同气体的放电特性存在明显的差异。
例如，氢气放电时产生的电流较小，而氧气放电时产生的电流较大。
2. 不同压力对放电现象的影响：我们调节了不同压力下的放电条件，并观察了其对放电现象的影响。
实验结果表明，在低压条件下，放电容易发生且容易维持；而在高压条件下，放电难以发生且容易熄灭。
南京大学物理系实验报告题目实验2.3 气体放电中等离子体的研究姓名董佳婧学号141120021一、引言等离子体作为物质的第四态在宇宙中普遍存在。
在实验室中对等离子体的研究是从气体放电开始的。
朗缪尔和汤克斯首先引入“等离子体”这个名称。
近年来等离子体物理学有了较快发展，并被应用于电力工业、电子工业、金属加工和广播通讯等部门，特别是等离子体的研究，为利用受控热核反应，解决能源问题提供了诱人的前景。
、实验目的1、了解气体放电中等离子体的特性。
2、利用等离子体诊断技术测定等离子体的一些基本参量。
三、实验原理1、等离子体及其物理特性等离子体有一系列不同于普通气体的特性：（1）高度电离，是电和热的良导体，具有比普通气体大几百倍的比热容（2）带正电的和带负电的粒子密度几乎相等。
（3）宏观上是电中性的。
2、等离子体的主要参量描述等离子体的一些主要参量为：（1）电子温度Te。
它是等离子体的一个主要参量，因为在等离子体中电子碰撞电离是主要的，而电子碰撞电离与电子的能量有直接关系，即与电子温度相关联。
（2）带电粒子密度。
电子密度为n e,正离子密度为n i,在等离子体中n eFi。
（3）轴向电场强度E L。
表征为维持等离子体的存在所需的能量。
（4）电子平均动能Ee。
（5）空间电位分布。
3、稀薄气体产生的辉光放电本实验研究的是辉光放电等离子体。
辉光放电是气体导电的一种形态。
当放电管内的压强保持在10-102Pa时, 在两电极上加高电压，就能观察到管内有放电现象。
辉光分为明暗相间的8个区域。
8个区域的名称为（1）阿斯顿区，（2）阴极辉区，（3）阴极暗区，（4 ）负辉区，（5）法拉第暗区，（6）正辉区（即正辉柱），（7）阳极暗区，（8）阴极辉区。
如图1所示，其中正辉区是我们感兴趣的等离子区。
其特征是：气体高度电离；电场强度很小，且沿轴向有恒定值。
这使得其中带电粒子的无规则热运动胜过它们的定向运动。
所以它们基本上遵从麦克斯韦速度分布律。
由其具体分布可得到一个相应的温度，即电子温度。
但是，由于电子质量小，它在跟离子或原子作弹性碰撞时能量损失很小，所以电子的平均动能比其他粒子的大得多。
这是一种非平衡状态。
因此，虽然电子温度很高（约为105 K）,但放电气体的整体温度并不明显升高，放电管的玻璃壁并不软化。
3.等离子体诊断测试等离子体的方法被称为诊断。
等离子体诊断有探针法，霍尔效应法，微波法, 光谱法等。
本次实验中采用探针法。
探针法分单探针法和双探针法。
(1)单探针法。
单探针法实验原理图如图2所示--------- 卜―-------探针是封入等离子体中的一个小的金属电极 (其形状可以是平板形、圆柱形、球形）。
以放电管的阳极或阴极作为参考点，改变探针电位，测出相应的探针电流，得到探针电流与其电位之间的关系，即探针伏安特性曲线，如图3所示。
对此曲线的解释为：探针是封入等离子体中的一个小的金属电极（其形状可以是平板形、圆柱形、球形）。
以放电管的阳极或阴极作为参考点，改变探针电位，测出相应的探针电流，得到探针电流与其电位之间的关系，即探针伏安特性曲线，如图2所示。
对此曲线的解释为：在AE段，探针的负电位很大，电子受负电位的排斥，而速度很慢的正离子被吸向探针，在探针周围形成正离子构成的空间电荷层，它把探针电场屏蔽起来。
等离子区中的正离子只能靠热运动穿过鞘层抵达探针，形成探针电流，所以AE 段为正离子流，这个电流很小。
过了E点，随着探针负电位减小，电场对电子的拒斥作用减弱，使一些快速电子能够克服电场拒斥作用，抵达探极，这些电子形成的电流抵消了部分正离子流，使探针电流逐渐下降，所以EC段为正离子流加电子流。
到了C点，电子流刚好等于正离子流，互相抵消，使探针电流为零。
此时探针电位就是悬浮电位U F。
继续减小探极电位绝对值，到达探极电子数比正离子数多得多，探极电流转为正向，并且迅速增大，所以CD段为电子流加离子流，以电子流为主。
当探极电位U P和等离子体的空间电位U S相等时，正离子鞘消失，全部电子都能到达探极，这对应于曲线上的D点。
此后电流达到饱和。
如果U P进一步升高，探极周围的气体也被电离，使探极电流又迅速增大，甚至烧毁探针。
由单探针法得到的伏安特性曲线，可求得等离子体的一些主要参量。
对于曲线的CD段，由于电子受到减速电位(U P- U S)的作用，只有能量比e (U P- U S)大的那部分电子能够到达探针。
假定等离子区内电子的速度服从麦e(U p U s)n e n o exp -kT e克斯韦分布，则减速电场中靠近探针表面处的电子密度n e，按玻耳兹曼分布应为式中n o为等离子区中的电子密度，T e为等离子区中的电子温度，k为玻耳兹曼常数。
在电子平均速度为V e时，在单位时间内落到表面积为S的探针上的电子数1 —为：r得探针上的电子电流：吨宀y■其中h二占吟耳’E PeU Ini 竺常数kT e可见电子电流的对数和探针电位呈线性关系作半对数曲线，如图4所示，由直线部分的斜率tg ，可决定电子温度Te ：电子平均动能E e 和平均速度ve 分别为:Ee3kT取对数其中In I 。
eUkT e常数式中m e 为电子质量由(4)式可求得等离子区中的电子密度:式中10为U P =Us 时的电子电流，S 为探针裸露在等离子区中的表面面积。
双探针法是在放电管中装两根探针，相隔一段距离 L 。
双探针法的伏安特性 曲线如图6所示。
在坐标原点，如果两根探针之间没有电位差，它们各自得到的 电流相等，所以外电流为零。
然而，一般说来，由于两个探针所在的等离子体电 位稍有不同，所以外加电压为零时，电流不是零。
随着外加电压逐步增加，电流趋于饱和。
最大电流是饱和离子电流Is1、Is2。
eSv e eSn e4,0 Io(2)双探针法。
双探针法有一个重要的优点，即流到系统的总电流决不可能大于饱和离子电 流。
这是因为流到系统的电子电流总是与相等的离子电流平衡。
从而探针对等离 子体的干扰大为减小由双探针特性曲线，通过下式可求得电子温度Te :式中c 为电子电荷，k 为玻耳兹曼常数，Ii1、Ii2为流到探针1和2的正离dU电子密度ne 为:2I s M eS kT ；式中M 是放电管所充气体的离子质量，S 是两根探针的平均表面面积。
Is是正离子饱和电流。
由双探针法可测定等离子体内的轴向电场强度E L 。
一种方法是分别测定两 根探针所在处的等离子体电位U 1和U 2，由下式得式中I 为两探针间距另一种方法称为补偿法，接线如图6所示。
当电流表上的读数为零时，伏特 表上的电位差除以探针间距 L ,也可得到ELT eeh 1 1i 2 k I ii I i2 dUdi子电流。
它们由饱和离子流确定dIU 0是U=0附近伏安特性曲线斜率。
E LU i U 2图6--- 1■四、实验内容本实验用等离子体物理实验组合仪(以下简称组合仪)、接线板和等离子体放电管。
放电管的阳极和阴极由不锈钢片制成，管内充汞或氩。
实验参数：探针直径(mm) : 0.45探针轴向间距(mm) : 30.00放电管内径(mm) : 6.00平行板面积(mmT) : 28.00平行板间距(mm) : 4.00亥姆霍兹线圈直径(mm) : 200.00亥姆霍兹线圈间距（mm ） : 100.00亥姆霍兹线圈匝数：400 放电电流（mA ） :87 单探针序号： 1取样电阻值（Q ）:1000 1.单探针法测等离子体参量本实验采用的是电脑化X - Y 记录仪和等离子体实验辅助分析软件，测量伏安特性曲线，算出等离子体参量。
实验接线图如下antMtt 攪軸Q6接好线路并检查无误后，使放电管放电，测量时采样电阻设定为1000 , 电电流设定为90mA ，启动计算机，运行电脑化X - Y 记录仪数据采集软件,着探针电位自动扫描，电脑自动描出U -I 特性曲线，将数据保存用 origin 和 mathematica 作图如下：单兀 单JL.x 轴：电压U/mV y 轴：电流1/mA图9在做半对数曲线如图10 :x 轴：电压U/mV y 轴：电流I/mA图10做切线，找交点，如图11 :20000monx轴：电压U/mV y 轴：电流l/mA图11读出交点坐标为X = 14911.0807, 丫= 8.31140351，即U=14.91 V, 1=8311.40 uA,带入公式;11600 ??? = -82857 .14??= 8 29??+004?? ??????n e 据41。
I o 2 m eeSVe eS，kTe可算出??5=7.29*10A17而导入标准分析软件，有结果为: U0 = 23.57 V tgIn IU p0.14-10000 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 700008000010 =6970.13 uA tg ①二 0.29Te = 3.97E+004 KVe = 1.24E+006 m/s可见计算结果有些微差别，但是数量级并没有发生改变。
关于 Te 的误差：(8.29??+ 004?? 597E+004 K ) /8.29??+ 004?? 52.11%关于？？的误差19.2%2 •双探针法用自动记录法测出双探针伏安特性曲线，求T e 和n e双探针法实验方法与单探针法相同，接线图如图 12所示图12实验参数如下：探针直径(mm) : 0.45探针轴向间距(mm) : 30.00 AMJtt 慄ftlX F 诵蜕记锻血放电管内径(mm): 6.00平行板面积(mm A2): 28.00平行板间距(mm): 4.00亥姆霍兹线圈直径(mm) : 200.00亥姆霍兹线圈间距(mm) : 100.亥姆霍兹线圈匝数：400放电电流(mA): 114取样电阻值(Q): 1000实验结果导入SciDAVis里作图并拟合如下:Boitzirtann (S^moidal) Fit fit of data&et Tat>le1_.2b using function: (A 1 -A2)/( 1+«xp((x*x0)/dxJ)+A2 Y jstandard errors J UnknownScaled Leverrberg-Marquardl algorithm with tolerance ^0.0001From X - -29,950.07 to x = 22.684.96Al (init value) = -473.514 +/- nanA2 "in 创 vaJu&) - 539 +/- nanx0 (center) = -1.&01.52 W- nandx (time constant) =? 1 W- nanChi*2/doF = 51,514.9299820424 R A 2 = 0.705036159200195■WMF R V ■ ■ EMM ■ M ■ W ■ ■ ■ M ■ ■ ■■ ■!'■ ■ *H ■ V *K ■ H =~ S WH V VK S' V iterations = 0~600 ~~ | | | | | | | | | | | ( | | | ] | | | |~-4e+D4 胡电 -2e+O4 -1e+04 0X Axifi Title x 轴：电压U/mV y 轴：电流l/mA图13可以读出，A1=473.514 , A2=539，即 I1=473.514U A,I2=539U A。
