等离子体-第一部分
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等离子切割机的原理1.激光产生部分等离子切割机的工作原理是基于激光电离空气所形成的等离子体束。
切割机内部包含一个激光器,它可以产生高能量激光束。
激光束经过凸透镜聚焦,可以产生一个焦点。
在激光束的焦点位置,能量密度非常高,足以将空气中的分子电离形成等离子体。
2.等离子体形成部分当激光束聚焦到空气中时,激光的能量可以将空气中的分子电离,生成等离子体束。
由于激光束的高能量,等离子体束中的电子具有很高的能量,可以激发空气分子中的其他电子,形成更多的电子和离子。
这种电子和离子的相互作用会形成一个稳定的等离子体束。
3.切割过程等离子体束可以直接对金属材料进行切割。
当等离子体束照射到金属表面时,其高温和高能量可以使金属材料表面的原子发生振动,并剥离金属表面原子,形成腐蚀层。
同时,由于等离子体束的高能量,它可以在金属表面形成高压区域。
腐蚀层内的金属原子会被高压区域迫使蒸发,形成金属蒸气。
4.切割效果金属蒸气会形成等离子体束,进一步增加金属材料表面的温度和压力。
这种高温和高压可以使金属材料迅速熔化和汽化,形成切割缝隙。
等离子体束的高能量可以穿透金属材料,形成一个连续的切割线。
金属材料在等离子体束的作用下,被迅速切割成所需的形状和尺寸。
5.控制系统等离子切割机的控制系统非常重要,它可以控制激光束的位置、功率和速度,使切割过程更加精确和高效。
控制系统通常使用计算机控制,通过输入切割图案和参数,实现自动化操作。
操作人员可以通过监控显示器来监控和调整切割过程,以确保切割质量和效率。
总结:等离子切割机的原理是基于激光电离空气所形成的等离子体束进行切割。
通过激光器产生高能量激光束,激光束经过凸透镜聚焦并形成等离子体束。
等离子体束可以直接对金属材料进行切割,通过高温和高压的作用使金属材料迅速熔化和汽化,形成切割缝隙并完成切割。
通过计算机控制系统可以实现自动化操作,确保切割的精度和效率。
等离子切割机在金属加工领域具有广泛的应用。
一、什么是等离子体?等离子体又叫做电浆,是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质,它广泛存在于宇宙中,常被视为是除去固、液、气外,物质存在的第四态。
等离子体是一种很好的导电体,利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。
二、什么是带电粒子的自由行程?如何计算?举例计算。
平均自由程指的是带电粒子不和其他粒子碰撞的一段距离,一般来说都是取平均自由程。
它表征的物理含义是:空间里的带电粒子热运动的宏观碰撞的几率。
三、带电粒子的产生和消失方式?带电粒子产生方式有两种:一是气体分子本身发生电离(包括撞击电离、光电离、热电离等多种形式),二是气体中的固体或液体金属发生表面电离(包括正离子撞击阴极表面、光电效应、热电子发射,强场发射等);带电粒子在电场的驱动下作定向运动,在到达电极时,消失于电极上而形成外电路中的电流。
四、放电的基本类型有哪些?各有什么特点?放电分为辉光放电,电弧放电,火花放电,电晕放电和介质阻挡放电。
辉光放电最显著的特征是正离子空间电荷区的电荷密度比电子空间电荷区大得多,使得整个极间电压几乎全部集中在阴极附近的狭窄区域内,其特点是气压不大,功率小,电流密度小,放电区占据整个空间;电弧放电特点是电流增大时,极间电压下降,弧柱电位梯度也低,每厘米长电弧电压降通常不过几百伏,有时在1伏以下;火花放电特点是火花放电的两个电极间在放电前具较高的电压,当两电极接近时,其间介质被击穿后,随即发生火花放电。
伴随击穿过程,两电极间的电阻急剧变小,两极之间的电压也随之急剧变低;电晕放电特点是它只在极不均匀电场中出现,且随电压升高光层扩大;介质阻挡放电是在电晕放电时,继续升高电压,从电晕电极伸展出的明亮通道现象.。
第三章,托卡马克工程一个托卡马克等离子体实验装置大致包括这样几部分(图3-1)。
装置的核心部分是发生聚变反应的区域,可以称为装置的主体。
它主要由真空室和产生磁场的磁体组成。
在当前主潮流的装置上还装备了排除杂质的偏滤器。
围绕装置主体的部分,恰如计算机外设,包括诊断系统、辅助加热和电流驱动系统,以及抽气和充气系统,或者拿反应堆的语言说是加料和排灰系统。
以上两部分均安装在一个大厅中,和外界用屏蔽墙防护高能粒子和射线所带来的人身伤害和对仪器设备的干扰。
而控制系统、数据采集和处理系统、磁体电源和其它一些电源、长波波源安置在大厅以外。
图3-1,托卡马克装置各部分分解图3.1 环向磁体托卡马克的磁体系统主要由环向场和极向场两部分组成。
环向场磁体的电流在极向,产生环向磁场约束等离子体。
而极向场磁体的电流在环向,构成欧姆加热变压器以产生和加热等离子体,并保持等离子体的平衡。
两组磁体在空间是正交关系。
在有些装置上还安装了一些产生局部磁场的磁体,可以称为多极场,1,环向磁体环向磁体产生约束等离子体的环向磁场,是托卡马克装置中最重要部件之一。
在所有的托卡马克装置上,环向磁体都是由分立的线圈组成。
这些线圈的中心位于一圆形环轴上,线圈与环轴垂直。
按照安培定律,线圈内的磁场B 和线圈电流I 以及总匝数N 的关系为∫⋅=l d B NI v v 01μ (3-1)其中的积分为线圈内绕环任意回路积分。
考虑积分路径为线圈内半径为R 的圆,而环向磁场假设是均匀的,就得到磁场的强度为RNI B πμ20= (3-2) 从(3-2)可知,真空中的环向磁场和大半径成反比,环内侧强而外侧弱。
一般以环轴处(等离子体的中心处)的磁场为环向场)(0R B 的标定值。
从安培定律角度看,)(0R B 或其它半径处的磁场强度仅和通过积分回路内总电流有关,和线圈形状大小无关。
如果大半径和设计的磁场强度决定,从(3-2)可以知道总电流NI 大小。
但是,由于线圈所储磁能为221LI ,在保证等离子体范围内有充分强的磁场的前提下,应尽量减小线圈的尺寸。
等离子体显示原理
等离子体显示原理是一种利用等离子体发光原理来实现图像显示的技术。
它主要由三个主要部分组成:发光层、背光源和透明电极。
首先,背光源产生的紫外线通过透明电极通入发光层。
发光层中包含有许多微小的气泡,这些气泡内有氮气和小部分的稀有气体,如氩气。
当紫外线经过电极作用后,气泡中的氮气分子与稀有气体发生碰撞,激发气体原子。
被激发的原子会回到基态时释放出能量。
接下来,释放出的能量激发了发光层中的荧光物质,使其发出可见光。
荧光物质被激发后发光的颜色取决于其自身的特性。
这些荧光物质被分为红色、绿色和蓝色,它们的组合可以产生各种颜色。
最后,荧光物质发出的光穿过液晶层并出现在显示器屏幕上。
液晶层中的液晶分子在电场的作用下对光的透过度进行调节,从而控制光的强度和颜色,形成图像。
通过不断调控荧光物质的发光和液晶层的光透过度,可以实现对图像的显示。
等离子体显示器由于其色彩鲜艳、对比度高和快速响应等优点,被广泛应用于电视、电脑显示器和其他大屏幕显示设备中。
定义低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态,当外加电压达到气体的着火电压时,气体分子被击穿,产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。
放电过程中虽然电子温度很高,但重粒子温度很低,整个体系呈现低温状态,所以称为低温等离子体。
低温等离子体降解污染物是利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用,使污染物分子在极短的时间内发生分解,并发生后续的各种反应以达到降解污染物的同的。
低温等离子态半导体研究及利用低温等离子态是指常温下气体被激发为等离子稳定状态。
该状态下电子温度远远高于质子,电子迁移率达到1000-10000米/秒。
电子浓度1015 个/立方厘米。
因此可以近似地认为低温等离子态等效N型半导体。
低温等离子态等效N型半导体性能:1需要被激发。
2 电子浓度较低,且可调。
3 电子迁移率极高。
4 透明。
5 纯度高。
6 电子逸出功基本为零。
7 没有自边界,不存在浓度梯度。
低温等离子体又称非平衡态等离子体,通常由微波放电,介质阻挡放电,电晕放电,辉光放电等产生。
在低温等离字体中重粒子温度接近室温,而电子温度高达10000K以上,远离热平衡状态由于等离子态只有N型半导体形式,单独的N型半导体基本没有应用的价值。
因此低温等离子态半导体必须与P型固体半导体结合形成P-N结。
为了防止气体与接触体发生化学反应,最好选择惰性气体。
文章二等离子体物理理论《等离子体物理理论》是中国科学技术大学等离子体物理专业本科生的专业基础课,授课对象是已经选修过《等离子体物理导论》的高年级本科生。
作为专业基础课,《等离子体物理理论》的讲授内容自然应该比《等离子体物理导论》更深一些,但毕竟是为本科生开设的课程,又不能过于专门化。
等离子体物理是现代物理学中的一门交叉学科,它自身并没有什么特别的基础理论,它的基础就是经典力学、电动力学、流体力学、统计物理,以及动理论等物理学基本理论。
等离子体存在的参数范围非常宽广,想要了解和掌握等离子体的性质,就必须从各个不同的角度来研究等离子体的各种性质,为此,需要灵活地运用物理学基础理论并采用适当的方法来处理和解决等离子体物理的各种问题。
非热等离子体和低温等离子体1. 什么是等离子体?等离子体,这个词听上去有点儿高深,但其实它就像我们日常生活中的一部分。
大家知道的,比如说电闪雷鸣的天气、那炫酷的霓虹灯,甚至是你们在家里用的荧光灯,里面其实都有等离子体的身影。
等离子体是气体的一种状态,里面的原子和分子被电离了,也就是说,电子跟原子分开了,形成了带电的粒子。
你可以把它想象成一个派对,电子们在舞池里跳舞,而原子则在旁边围观。
1.1 非热等离子体接下来,我们要聊聊非热等离子体。
说到非热等离子体,大家可能会想:“这又是个什么鬼?”其实,非热等离子体的温度是比较低的,和热等离子体不同,它不会把东西烤得热乎乎的。
想象一下,你在夏天的空调房里,突然一阵清风吹来,那种爽快的感觉就是非热等离子体的“凉快”版。
它通常是在低温下产生的,比如一些化学反应中,或者在某些工业应用里用来处理材料。
非热等离子体的好处是能精确地对物质进行处理,而不会造成热损伤,简直就像是给材料做个“SPA”,温和又有效。
1.2 低温等离子体而低温等离子体则更进一步,它的特点是温度同样很低,适合用在各种各样的应用场合。
比如,低温等离子体常常被用在医疗和清洗技术上,能够帮助消毒和杀菌。
想象一下,医院里那些白大褂的医生们,使用低温等离子体来消灭那些顽固的细菌,简直就是现代版的“除妖师”。
另外,低温等离子体在半导体制造和表面处理上也大显身手,能够改善材料的性能,就像是给老旧设备换了个新零件。
2. 非热等离子体和低温等离子体的区别2.1 温度与能量非热等离子体和低温等离子体有个最明显的区别,就是温度和能量的控制。
非热等离子体的电子温度相对较高,但整体的气体温度依然保持较低。
而低温等离子体的气体温度更低,适合那些需要细腻处理的应用。
可以说,前者是比较激进的派对动物,后者则是温柔的文艺青年,各有各的风采。
2.2 应用场景再说说它们的应用场景吧。
非热等离子体在工业中,比如表面处理、材料改性方面发挥着重要作用,像给材料加点“调料”,提升其性能。
等离子体发射光谱仪的检测元素
等离子体发射光谱仪(ICP-OES)是一种常用的元素分析仪器,它利用等离子体作为激发源,可对多种元素进行检测。
该仪器通常可以检测周期表中的大部分元素,包括金属元素、非金属元素以及部分有机元素。
常见的检测元素包括:
1. 金属元素:如铝(Al)、镁(Mg)、钙(Ca)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、钾(K)、钠(Na)等。
2. 非金属元素:如磷(P)、硫(S)、硅(Si)、氯(Cl)等。
3. 有机元素:虽然有机元素在自然界中含量较少,但ICP-OES也可以检测一些特定的有机元素,如碳(C)、氮(N)、氧(O)等。
需要注意的是,等离子体发射光谱仪的检测元素还与其型号、工作原理等因素有关,具体的检测范围和精度还需参考相关的技术规格和操作手册。
低温等离子体介绍低温等离子体,即冷等离子体,指的是在相对较低的温度下,分子或原子失去一部分或所有的电子,形成带有正离子和自由电子的气体状态。
与高温等离子体相比,低温等离子体具有较低的温度和较低的能量密度,是一种非平衡态的等离子体。
在科学研究领域,低温等离子体被用于研究基础物理现象、原子物理、分子物理和凝聚态物理等。
低温等离子体的形成和性质研究已经揭示了许多重要的物理现象和过程,例如等离子体的弛豫过程、等离子体不稳定性、等离子体辐射和能量输运等。
低温等离子体的研究对于理解宇宙中等离子体的存在和动力学行为具有重要意义。
在工业生产领域,低温等离子体被广泛应用于等离子体化学反应和等离子体物理处理。
等离子体化学反应是一种利用低温等离子体产生的高能量和活性种子,进行表面改性、薄膜沉积、材料合成和污染物降解等化学反应的技术。
低温等离子体物理处理则是利用低温等离子体的离子束、电子束和辐射等物理效应来处理材料表面的技术。
这些应用包括表面清洁、改性、涂层、离子攻击和离子表面合成等。
在医学领域,低温等离子体被用于医学诊断和治疗。
低温等离子体诊断技术利用等离子体产生的光谱特征,通过分析等离子体辐射光谱来诊断疾病和监测生物标志物。
低温等离子体治疗技术则利用低温等离子体的生物活性和氧化作用,对肿瘤和感染等病变进行治疗和消毒。
由于低温等离子体具有高反应活性、高能量密度和较低的电子温度等特点,因此它在环保、新能源和高技术领域具有广阔的应用前景。
例如,低温等离子体可以应用于废气处理、废水处理和废固体处理等环保领域,用于降解和去除有机污染物和重金属污染物。
此外,低温等离子体还可以应用于太阳能光电池、等离子体推进器、等离子体显示器和等离子体芯片等新能源和高技术领域。
总而言之,低温等离子体是一种具有重要的物理特性和广泛应用价值的等离子体。
它在科学研究、工业生产和医学治疗等领域发挥着不可替代的作用,并为环保、新能源和高技术领域的发展提供了新的机会和挑战。
第四章 等离子体的产生4.1 碰撞过程中能量的传递特征气体放电中任何一个粒子会通过碰撞过程与其它各种粒子产生相互作用。
粒子之间通过碰撞交换动量、动能、位能和电荷,使粒子发生电离、复合、光子发射和吸收等物理过程。
粒子间的碰撞是指它们在各种力场下的相互作用。
并不必象刚体那样一定要发生它们之间的直接接着才称为碰撞。
只要粒子受其它粒子影响后,它的物理状态发生了变化,就可以认为这些粒子间发生了碰撞。
根据粒子状态的变化,可以把粒子发生的碰撞分成弹性碰撞和非弹性碰撞两大类。
在弹性碰撞中,参与碰撞的粒子其位能不发生变化。
如电子和原子之间发生弹性碰撞时,电子只把自己的部分动能交给原子,使两者的运动速度和方向发生变化,而原子不被激发或电离。
这类碰撞主要发生在低能粒子间的碰撞中。
在非弹性碰撞中,参与碰撞的粒子间发生了位能的变化。
例如,具有足够动能的电子与原子碰撞,原子得到电子交出的动能,而被激发或电离,即原子的位能得到了增加。
通常把这种导致粒子体系位能增加的碰撞称为第一类非弹性碰撞。
具有一定位能的粒子通过碰撞也可以交出自己的位能,同时使被碰粒子的动能得到增加。
例如被激发到亚稳态的原子与电子之间的碰撞,通过这种碰撞,原子回到了基态,原子的激发能转成了电子的动能。
通常把导致粒子体系位能减少的碰撞称为第二类非弹性碰撞,或称为超弹性碰撞。
1.弹性碰撞时的能量转移为使问题简化,设一速度为1v 、质量为1m 的入射粒子另一静止的、质量为2m 的靶粒子发生了碰撞。
碰撞后,两粒子的速度分别为1u 和2u 。
由动能守恒和动量守恒得221111222211211212121u m u m v m u m u m v m +=+= 解得 121211v m m m m u ⋅+-=221122v m m m u ⋅+=则碰撞后靶粒子获得的动能'2ε即入射粒子损失的动能1ε∆为()221211222'21421m m m m u m +⋅===∆εεε 当1m <<2m 时,121'24εεm m = << 1ε,这表明轻粒子在同重粒子碰撞时只有极少量的能量转移。
等离子设备使用说明书广州环科朗天环保科技有限公司目录前言 (3)第一章:总体介绍 (4)第二章:安全注意事项 (5)第三章:功能说明 (8)第四章:技术指标 (9)第五章:安装方法 (10)第六章:检测方法 (11)第七章:维护保养 (11)第八章:常见故障处理 (11)第九章:保修条例 (12)前言内容简介本手册介绍了设备的安全注意事项和日常维护保养方法,以及设备的安装与使用方法。
在您第一次使用我们的设备之前,请务必仔细阅读所有资料,并按照使用手册的各项说明安装和使用该系列产品,以避免因误操作而造成设备损坏或人员伤害。
感谢您使用我们的产品。
环境保护本产品符合关于环境保护方面的设计要求,产品的存放、使用和弃置应遵照相关国家法律、法规要求进行。
欢迎您对我们的工作提出批评和建议,我们将把您的意见视为对我们工作的最大支持。
第一章:总体介绍1.1产品简述随着全球经济的发展,环境污染问题日益突出,各种类型的环境污染层出不穷,严重危及了人类的健康与生存。
为了人类自身的安危,治理环境问题迫在眉睫。
近年,全球涌现出许多治理环境问题的高新技术等离子体已经被用于超细颗粒生产、废气处理、冶金提炼、刻蚀和材料表面处理、臭氧生产等, 等离子体作为一种高效、低能耗、处理量大、操作简单的环保新技术已实现了工业化,其中以等离子体处理废气中的有机污染物的研究居多。
低温等离子高效空气净化系统是采用了正负双极电离技术。
在电场作用下,离子发生器产生大量的a粒子,a粒子与空气中的气分子进行碰撞而形成正负氧离子。
正氧离子具有很强的氧化性,能在极短的时间内氧化甲硫醇、氨、硫化氢等污染因子,且在与VOC分子相接触后打开有机挥发性气体的化学键,经过一系列的反应后最终生成二氧化碳和水等稳定无害的小分子。
带电离子要以吸附大量自身重量几十倍的悬浮颗粒,靠自重沉降下来,从而清除空气中悬浮胶体达到净化空气的目的。
低温正负双极电离净化技术采用通常的放电的方式,它非常类似于日光在大气中照射,会生产一种富有活性氧分子的自然生物气候。
焊接等离子云-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分应该对焊接等离子云进行简单的介绍和概括。
在这一部分,我们可以提及焊接等离子云是一种特殊的物质状态,是由高温等离子体产生的。
它在焊接过程中起着重要的作用,能够提高焊缝的质量和强度。
同时,焊接等离子云也广泛应用于其他领域,如材料表面改性、金属涂覆和清洁等方面。
焊接等离子云的产生和特性是基于电弧放电技术。
通过将电流引入焊接电极中,电弧在电极与工件之间形成,从而产生高温等离子体。
这种等离子体具有高温、高能量和高活性的特点,可以使焊接材料达到熔化点并形成焊点。
焊接等离子云的应用领域十分广泛。
在焊接工艺中,它可以有效改善焊接质量,提高焊缝的强度和密封性。
此外,它还可应用于表面材料改性,通过控制等离子体的能量和流速,可实现对材料表面的融化、溶解、蒸发和沉积等处理,从而达到改变材料性能的目的。
焊接等离子云也可以用于金属涂覆,通过喷涂等离子云的方式,可实现对基材表面的覆盖层形成,从而提高基材的抗腐蚀性能和机械性能。
此外,焊接等离子云在清洁领域也有应用,它可以通过高温等离子体的氧化还原反应,使污染物分解和氧化,达到清洁和净化的目的。
综上所述,焊接等离子云作为一种特殊的物质状态,在焊接和其他领域中具有广泛的应用前景。
通过控制等离子云的特性和参数,可以实现对焊接材料、表面材料和清洁领域的控制和改进。
然而,焊接等离子云的应用还面临一些挑战,如对等离子体的控制和稳定性要求高,对设备和工艺的要求较高等。
因此,我们需要进一步研究和探索,以解决这些挑战,并推动焊接等离子云的应用发展。
1.2文章结构文章结构部分将对整篇文章的结构进行描述,包括各章节的主要内容和组织方式。
本文的结构如下:第一部分:引言在这一部分中,将对焊接等离子云的背景和重要性进行概述,并介绍整篇文章的结构和目的。
第二部分:正文2.1 焊接等离子云的定义和原理本部分将对焊接等离子云的概念进行定义,并深入介绍其原理和工作机制。
等离子体化工导论讲义 前言 等离子体化工是利用气体放电的方式产生等离子体作为化学性生产手段的一门科学。因其在原理与应用方面都与传统的化学方法有着完全不同的规律而引起广泛的兴趣,自20世纪70年代以来该学科迅速发展,已经成为人们十分关注的新兴科学领域之一。 特别是,近年来低温等离子体技术以迅猛的势头在化工合成、材料制备、环境保护、集成电路制造等许多领域得到研究和应用,使其成为具有全球影响的重要科学与工程。例如:先进的等离子体刻蚀设备已成为21世纪目标为0.1μm线宽的集成电路芯片唯一的选择,利用等离子体增强化学气相沉积方法制备无缺陷、附着力大的高品位薄膜将会使微电子学系统设计发生一场技术革命,低温等离子体对废水和废气的处理正在向实际应用阶段过渡,农作物、微生物利用等离子体正在不断培育出新的品种,利用等离子体技术对大分子链实现嫁接和裁剪、利用等离子体实现煤的洁净和生产多种化工原料的煤化工新技术正在发展。可以说,在不久的将来,低温等离子体技术将在国民经济各个领域产生不可估量的作用。 但是,与应用研究的发展相比,被称为年轻科学的等离子体化学的基础理论研究缓慢而且较薄弱,其理论和方法都未达到成熟的地步。例如,其中的化学反应是经过何种历程进行,活性基团如何产生等等。因此,本课程力求介绍这些方面的一些基础理论、研究方法、最新研究成果以及应用工艺。 课程内容安排: 1、等离子体的基本概念 2、统计物理初步 3、等离子体中的能量传递和等离子体的性质 4、气体放电原理及其产生方法 5、冷等离子体中的化学过程及研究方法 6、热等离子体中的化学过程及研究方法 7、当前等离子体的研究热点 8、等离子体的几种工业应用
学习方法: 1、加强大学物理和物理化学的知识 2、仔细作好课堂笔记,完成规定作业 3、大量阅读参考书和科技文献
第一章 等离子体的概念 1.等离子体的定义 a.通过气体放电的形式,将电场的能量传递给气体体系,使之发生电离过程,当电离程度达到一定的时候,这种物质的状态就是等离子体状态。 b.简单说来,等离子体是由气体分子、原子、原子团、电子、离子和光子组成的体系,是物质的第四态。
2.等离子体的一些基本性质 a.高焓、高内能状态的物质,可以非常容易地为化学反应的体系提供活化能。 b.等离子体是一种导电流体,因此这种流体容易与电场和磁场发生相互作用,从而将电场能量转化为自己的内能,为化学反应的体系提供活化能。
3.等离子体的用途 a.能源领域:受控核聚变 b.空间物理及天体物理 c.材料领域:材料的改性:例如增加四氟乙烯表面的浸润性。 材料的合成:高分子材料:通过等离子体增强它的接枝与聚合。 合成超细粉末:例如合成纳米粉体:SiC,AlN,TiO2……
d.在天然气化工方面:天然气制乙炔、合成气
4、等离子体的描述 1)等离子体的密度: ne ni ng 单位m-3 cm-3 2) 电离度的概念 α=ne/(ng+ne) 0单位体积中的电子云密度与原来气体密度的比值。无量纲 3) 等离子体的温度 Te,Tg,Ti„„Tp 一般情况下,温度由K,℃来描述,但在等离子体物理中,用eV(电子伏特)描述: 1eV=1.602*10-19焦耳=11600K 体系温度Tp=(Tene+Tgng+Tini)/(ne+ng+ni)
4) 等离子体的分类 a.高温等离子体 T>106 K b.低温等离子体:Tp≤104K 热等离子体:中性气体温度等于电子温度; 冷等离子体:Te≥Ti,Tg
4.等离子体的压强:P=nKT, Pe,Pg,„„Pi Pp= Pe+ Pg+ Pi
作业
1、在辉光放电等离子体中,气体的压强为20 Pa,电离度α=10-4,电子温度Te=1eV,重粒子温度350K。试确定放电管中的等离子体宏观温度,这种等离子体是热等离子体还是冷等离子体。 2、在弧光放电等离子体中,电子密度为1014cm-3,中性气体密度为1017cm-3,电子温度与重粒子温度同为0.5eV,试计算这种等离子体的压强。(作理想气体近似 3、一般情况下,等离子体中存在几种基本粒子?试简述这些基本粒子的主要特征。
第二章 微观粒子热运动速率和能量统计分布律
一 麦克斯韦速率分布(见图 2) 只要粒子通过充分的碰撞,发展形成平衡态,该体系粒子性质服从麦氏分布 f(v)=222
3
2exp24vkTmvkTm
式中m(kg)为被统计粒子的质量,k=1.38X10-23J/K为玻尔兹曼常数,T(K)为粒子的温度。分布函数的意义:分布在单位速率区间内粒子的数目与总数目之比。 设系统的粒子总数为N0,利用分布函数可以非常方便地得到速率在vvvd~内的粒子数目
dvvfNdN0,
注:dvvf=1„„归一化条件 分布函数的归一化:0dvvf =1
分布函数的意义: 1、若长时间地跟踪某一粒子,其处于dvv~区间内的几率由分布函数表示。 2、若在某一瞬间把整个系统的粒子速度固定,那么处于dvv~区间内粒子的数目占整个系统粒子数目的比值即它所占的分率。 利用分布函数,也可以对微观粒子所体现的宏观量进行统计计算。 单个微粒的内能:KT23 理想气体单位体积的内能:KTn23 dvxfmvE
02
2
1
=dvvekTmmvkTmv22230222421 =kTmkTkTmm2328342212523 k :波尔兹曼常数; T:被统计粒子的温度 (v)
图2 分布函数的图象
注: dxex0n2xf(n)
f(v) n f (n) n f (n) 0 21 1 2
1
2 341 3 22
1
4 583 5 3
1
二、麦氏能量分布函数 如果将统计参量设定为粒子的动能,则分布函数的形式为
2
12
3
2214kTekTf
式中ε表示粒子的动能,K 、T意义同前。如果被统计的粒子处在保守力场中,上式中粒子的能量应用动能和势能来代替,即ε= εk +εp .
2
12
3
2214kkTpekTf
作业:1、利用能量分布函数计算一摩尔单原子理想气体分子的内能。 2、速率分布函数的意义是什么?试说明下列各量的意义: Nf(v)dv 21()vvNfvdv 21()vvvfvdv
三、麦氏速度分布函数 以上讨论的是粒子按速率分布的规律,对粒子的速度的方向未作任何确定。下面进一步介绍粒子按速度分布的规律。
kTvvvmkTmvvvfzyxzyx2)(
exp2,,222
2
3
=
kTmvkTmkTmvkTmkTmvkTmzyx2exp22exp22exp2
22122122
1
= f(vx) f(vy) f(vz)
利用速度分布函数,可以对与粒子速度关联的物理量进行统计求得其宏观量。 例: 计算粒子对容器壁的压强。 分析:离子对容器的压强,实质上是微观粒子在单位时间内传递给容器壁单位面积的动量。设容器内粒子密度为n,在器壁上取一面元dA为底面积,以vxdt为高作一柱体垂直于dA, 在柱形体积中,在dt 内速度在vx-vx+dvx 的粒子传递给器壁的动量为
xxmvdtdAv2)nf(vdpx △xxxxdvmvdtdAvvnfp02
02221022exp2122xxxxxxdvvkTmvkTmndtdAmdtdAdvvvnf
0222122exp21222kTmvdkTmvvmkTkTmdtdAnmxxx
0202212exp2exp21222xxxxdvkTmvkTmvvmkTkTmdtdAnm
02212exp22122xxdvkTmvkTmmkTdtdAnm
dtdAnKT 四、微观粒子按自由程分布规律 粒子在任意两次连续碰撞之间通过的路程称为粒子的自由程,用表示。由于粒子随机运动,这些自由程有长有短,具有偶然性。这些自由程的平均值称为粒子的平均自由程,用A表示。在研究体系的全部粒子中,人们往往需要知道自由程介于任一给定长度区间--+d的粒子数有多少、自由程大于某一给定