Вещество в состоянии плазмы
прерываются
кратковременными столкновениями, в результате которых направление движения
меняется. В промежутках между двумя последовательными столкновениями
частица движется под действием того общего электрического или магнитного
поля, которое создано в плазме за счёт внешних источников. Это очень
упрощённая картина поведения частицы, и она нуждается в серьёзных
поправках, учитывающих основные особенности плазмы, которые проявляются
прежде всего в характере её собственного электрического поля, существующего
независимо от внешних источников. Каждая заряженная частица создаёт вокруг
себя электрическое поле с радиально расходящимися от неё силовыми линиями.
Поля от отдельных с зарядами разных знаков, складываясь между собой, в
среднем компенсируют друг друга. Однако это не означает, что в каждый
данный момент времени электрическое поле в какой-либо выбранной нами точке
в точности равно нулю. Поле в любой точке плазмы в действительности очень
быстро изменяется и по величине, и по направлению, и эти хаотические
колебания дают нуль, только если рассчитывать среднюю величину
напряжённости поля за достаточно длинный интервал времени.
Напряжённость собственного электрического поля плазмы ис-
пытывает сильные хаотичес- кие колебания как во времени, так и в
пространстве, быстро изменяясь на очень малых расстояниях.
Заряженная частица, находя-
щаяся в электрическом поле, движется по законам, напоми-
нающим обычные законы движения тел в поле тяжести.
Обратимся к рисунку, на котором показаны траектории заряженных частиц в
электрическом поле, направленном по вертикальной оси. Стрелки изображают
скорости движения частиц в некоторый момент времени. Сила, действующая на
заряженную частицу, равна qE, где q – заряд и E – напряжённость поля. Для
однозарядных частиц q = ( e, где e – элементарный электрический заряд, а
для многозарядных ионов q представляет собой небольшое целое, кратное e (e=
[pic]к). Под действием этой силы однозарядный положительный ион с массой mi
приобретает ускорение [pic], которое направленно вдоль вертикальной оси
вверх. Ускорение электрона направлено вниз и численно равно [pic], где me –
масса электрона. Электрон гораздо легче иона, и поэтому ускорение, которое
получает электрон, во много раз больше, чем ускорение иона. Траектория
заряженной частицы в однородном электрическом поле всегда составляет собой
пораболу. Форма этой пораболы зависит от свойств частицы, начальных условий
движения и величины E. Пусть, например, электрическое поле направленно по
оси y, а начальная скорость v0 – вдоль оси x (траектория I на рисунке). В
этом случае движение частицы по оси x будет равномерным, а по оси y –
равноускоренным.
Применение плазмы в науке и технике.
Электрическая дуга – наиболее подходящая среда для таких ре-
акций, которые не могут протекать в обычных условиях по термодинамическим
причинам. Можно зажечь плазму в кислороде и использовать высокую
реакционную способность получающегося при этом озона. В азотной плазме
можно получить такие экзотические соединения, как тетрафторид азота N2F4
или нитрид титана TiN. Водородная плазма проявляет восстанавливающее
действие, поэтому её можно применять для вскрытия железных руд.
Продолжительность реакций в высокотемпературной плазме крайне мала. Метан,
например, при 4 800 – 5 300 K за 1/10000 c на 75 - 80% превращается в
ацителен. Главным преимуществом методов плазмохимии является то, что состав
исходного сырья может колебаться в широких пределах. Реакции могут
протекать и в холодной плазме при температурах ниже 400 K. Интересным
примером может послужить азотирование в тлеющем разряде, применяемое для
поверхностного упрочнения стали.
Плазма – ещё мало изученный объект не только в физике, но и
в химии (плазмохимии), астрономии и многих других науках. Поэтому важнейшие
технические положения физики плазмы до сих пор не вышли из стадии
лабораторной разработки. В настоящее время плазма активно изучается т.к.
имеет огромное значение для науки и техники. Эта тема интересна ещё и тем,
что плазма – четвёртое состояние вещества, о существовании которого люди не
подозревали до XX века. Возможно, что плазма и есть тот первоэлемент,
который так упорно искали алхимики средних веков?
Использованная литература(
1. Арцимович Л.А. Элементарная физика плазмы, М, Атомиздат, 1966.
2. Вурзель Ф.Б., Полак Л.С. Плазмохимия, М, Знание, 1985.
3. Ораевский Н.В. Плазма на Земле и в космосе, К, Наукова думка, 1980.
4. Поллер З. Химия на пути в третье тысячелетие, М, Мир, 1982.
5. Франк-Каменецкий Д.А. Плазма – четвёртое состояние вещества, М,
Атомиздат, 1975.
6. Энциклопедический словарь юного физика, 3 изд., М, Педагогика-Пресс,
1995.
| |  скачать работу |
Вещество в состоянии плазмы |
