Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Поиск репетиторов
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


ПЛАЗМА

ПЛАЗМА (от греч. plasma, букв.-вылепленное, оформленное), частично или полностью ионизованный газ, образуемый в результате термич. ионизации атомов и молекул при высоких т-рах, под действием электромагн. полей большой напряженности, при облучении газа потоками заряженных частиц высокой энергии. Характерная особенность плазмы, отличающая ее от обычного ионизованного газа, состоит в том, что линейные размеры объема, занимаемого плазмой, много больше т. наз. дебаевского радиуса экранирования D (см. Дебая-Хюккеля теория). Значение D для i-го иона с концентрацией Hi и т-рой Ti определяется выражением:

3548-5.jpg

где nе и Те - концентрация и т-ра электронов соотв., еi-заряд иона, е-элементарный электрич. заряд (заряд электрона), k- постоянная Больцмана. Из этого выражения следует, что в плазме, как правило, т-ры электронов и ионов различаются.

В низкотемпературной плазме средняя энергия электронов или ионов значительно меньше эффективной энергии ионизации частиц газа; высокотемпературной считается плазма, характеризуемая обратным соотношением указанных энергий (учитывается вклад в ионизацию разл. частиц). Обычно низкотемпературная плазма имеет т-ру частиц меньше 105 К, высокотемпературная-порядка 10 -108 К. Отношение концентрации заряженных частиц к суммарной концентрации всех частиц наз. степенью ионизации плазмы.

Плазма, получаемая в лаб. условиях, является в термодинамич. смысле открытой системой и всегда термодинамически неравновесна. Процессы переноса энергии и массы приводят к нарушению локального термодинамич. равновесия и стационарности (см. Химическая термодинамика), закон Планка для поля излучения, как правило, не выполняется. Плазма наз. термической, если ее состояние описывается в рамках модели локального термич. равновесия, а именно: все частицы распределены по скоростям в соответствии с законом Максвелла; т-ры всех компонент одинаковы; состав плазма определяется законом действующих масс, в частности ионный состав обусловлен равновесием между ионизацией и рекомбинацией (ф-ла Эггерта-Саха по сути является выражением для константы равновесия этих процессов); заселенности энергетич. уровней всех частиц подчиняются распределению Больцмана. Термическая плазма характеризуется обычно высокой степенью ионизации и м. б. реализована в газах с относительно малой эффективной энергией ионизации при достаточно высокой оптич. плотности (т.е. излучение плазмы почти целиком поглощается ее собств. частицами). Обычно плазма описывается моделью частичного локального термич. равновесия, к-рая включает все вышеперечисл. положения, но требует подчинения закону Больцмана заселенностей лишь возбужденных уровней частиц плазмы, исключая их основные состояния. Такую плазму наз. квазиравновесной; пример квазиравновесной плазмы-столб электрич. дуги при атм. давлении.

Несоблюдение хотя бы одного из условий локального термич. равновесия приводит к возникновению не равновесной плазмы. Очевидно, существует бесконечное множество неравновесных состояний плазмы. Примером сильно неравновесной плазмы является плазма тлеющего разряда в газах при давлениях 101-103 Па, в к-рой средняя энергия электронов составляет 3-6 эВ, а т-ра тяжелых частиц не превышает обычно 1000 К. Существование и стационарность такого неравновесного состояния плазмы обусловлены затрудненностью обмена энергией между электронами и тяжелыми частицами. В плазме мол. газов, помимо этого, может иметь место неэффективный обмен энергией между разл. внутр. степенями свободы: электронной, колебательной, вращательной. В пределах каждой из степеней свободы обмен энергией происходит относительно легко, что приводит к установлению квазиравновесных распределений частиц по соответствующим энергетич. состояниям. В этом случае говорят об электронной, колебат., вращат. т-рах частиц плазмы.

Осн. особенности плазмы, отличающие ее от нейтрального газа и позволяющие рассматривать плазму как особое, четвертое состояние материи (четвертое агрегатное состояние в-ва), состоят в следующем.

1) Коллективное взаимод., т.е. одновременное взаимод. друг с другом большого числа частиц (в обычных газах при нормальных условиях взаимод. между частицами, как правило, парное), обусловлено тем, что кулоновские силы притяжения и отталкивания убывают с расстоянием гораздо медленнее, чем силы взаимод. нейтральных частиц, т.е. взаимод. в плазме являются "дальнодействующими".

2) Сильное влияние электрич. и магн. полей на св-ва плазмы, к-рое приводит к появлению в плазме пространств. зарядов и токов и обусловливает целый ряд специфич. св-в плазмы.

Одно из важнейших св-в плазмы-ее квазинейтральность, т.е. почти полная взаимная компенсация зарядов на расстояниях, значительно больших дебаевского радиуса экранирования. Электрич. поле отдельной заряженной частицы в плазме экранируется полями частиц с зарядом противоположного знака, т.е. практически снижается до нуля на расстояниях порядка дебаевского радиуса от частицы. Любое нарушение квазинейтральности в объеме, занимаемом плазмой, приводит к появлению сильных электрич. полей пространств. зарядов, восстанавливающих квазинейтральность плазмы.

В состоянии плазмы находится подавляющая часть в-ва Вселенной - звезды, звездные атмосферы, галактич. туманности и межзвездная среда. Около Земли плазма существует в космосе в виде "солнечного ветра", заполняет магнитосферу Земли (образуя радиац. пояса Земли) и ионосферу. Процессами в околоземной плазме обусловлены магн. бури и полярные сияния. Отражение радиоволн от ионосферной плазмы обеспечивает возможность дальней радиосвязи на Земле.

В лаб. условиях и при пром. применениях плазму получают посредством электрич. разряда в газах, в процессах горения и взрыва. Плазму используют в плазменных ускорителях, магнитогидродинамич. генераторах, в лаб. установках для изучения проблем управляемого термоядерного синтеза.

Для проведения хим. процессов используют низкотемпературную плазму с т-рой тяжелых частиц от -195 0C до неск. десятков тысяч градусов при давлениях 10-5-105 МПа и средней энергии электронов до 5-7 эВ (см. Плазмохимия, Плазмохимическая технология). Такая плазма является источником заряженных частиц с концентрацией от 1010 до 1017 см -3, тяжелых частиц, возбужденных по внутр. степеням свободы (содержание в плазме от долей до десятков процентов), высокоэнтальпийного (до 103 кДж/моль) газового потока (скорости плазменных струй достигают неск. км/с), мощного светового излучения с регулируемыми спектральными характеристиками.

Mн. характерными для плазмы св-вами обладают совокупности электронов и дырок в полупроводниках и электронов проводимости в металлах, к-рые поэтому называют плазмой твердых тел.

Термин "плазма" введен в 1923 И. Ленгмюром и Л. Тонксом.

Лит. см. при статьях Плазмохимия, Плазмохимическая технология.

А. А. Овсянников.


     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн