Вход

Агрегатные состояния вещества, плазма

Реферат по физике
Дата добавления: 25 августа 2009
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 95 кб
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу
Агрегатные состоя н ия в ещества. Агрегатные Состоя н ия в ещества , состояния о дного и того же вещества, переходы между которыми сопровождаются скачкообразным и з мен е ни ем е го свободной энерг и и, энтропи и , плот н ост и и других физических свойств. Все вещества (за н екоторым и сключ е ни е м) могут существовать в тр ёх агрегатных состояниях - твёрдом, жидком и газообразном. Так, вод а пр и нормально м давлении p = 1 0 l 325 Па = 760 мм ртутного столба и при тем пературе t =00 С. кристаллизуется в лёд, а п ри 100° С кипит и превращается в пар. Ч е твёртым агрега тным состоя н ием вещества часто считают плазму. В отлич и е от других агрегатных состоя н ий вещества плазма предст авляет собой газ заряженных частиц (, электронов), которые электрически взаимо действуют друг с другом на больших расстояниях. Что так ое плазма? ПЛАЗМА - частично и ли полностью ионизированный газ, в котором плотности положительных и от рицательных зарядов практически одинаковы. В лабораторных условиях пл азма образуется в электрическом разряде в газе, в процессах горения и вз рыва . Термин “плазма” в физи ке был введен в 1929 американскими учеными И.Ленгм юром и Л. Тонксом. Вещество, разогретое до температуры в сотни т ысяч и миллионы градусов, уже не может состоять из обычных нейтральных а томов. При столь высоких температурах атомы сталкиваются друг с другом с такой силой, что не могут сохраниться в целостности. При ударе атомы разд еляются на более мелкие составляющие - атомные ядра и электроны. Эти част ицы наделены электрическими зарядами: электроны - отрицательным, а ядра - положительным. Смесь этих частиц, называемая плазма представляет собой своеобразное состояние вещества, которое очень сильно отличается от от носительно холодного газа по свойствам. Под плазмой в физике понимают га з, состоящий из электрически заряженных и нейтральных частиц, в котором суммарный электрический заряд равен нулю, то есть, выполнено условие квазинейтральности . Средние кинетические эн ергии различных типов частиц, составляющих плазму, могут быть разными. Поэтому в общем случае плазму характеризу ют не одним значением температуры, а несколькими – различают электронн ую температуру Т е , ионную температуру Т i и температуру нейтральных атомов Т а . Плазму с ионной температурой Т i < 10 5 К называют низкотем пературной, а с Т i > 10 6 К – высок отемпературной. Высокотемпературная плазма является основным объе ктом исследования по УТС . Низкотемператур ная плазма находит применение в газоразрядных источника х света, газовых лазерах. Несколько свойств плазмы. v Степ ень ионизации Степень ионизации определяется как отношение числа ионизованных частиц к общему числу частиц. Для низкотемпературных плаз м характерны малые степени ионизации (<1%). Так как такие плазмы довольно ча сто употребляются в плазменных технолог иях их иногда называют технологичными плазмами . Чаще всего их создают при помощи электрических поле й, которые ускоряют электроны, которые в свою очередь ионизуют атомы. Эле ктрические поля вводятся в газ посредством индуктивной или емкостной с вязи. Типичные применения низкотемпературных плазм включают плазменну ю модификацию свойств поверхности , плазменное травление поверхностей (полупроводнико вая промышленность), очистка газов и жидкостей (озонирование воды и сжиг ание частичек сажи в дизельных двигателях). Горячие плазмы почти всегда полностью ионизованы (степень ионизац ии ~100%). Обычно именно они понимаются под «четвертым агрегатным состояние м вещества». Примером может служить Солнце. v Плотност ь Помимо температуры, которая имеет фундаментальную в ажность для самого существования плазмы, вторым наиболее важным свойст вом плазмы является плотность. Слово пло тность плазмы обычно обозначает плотность электронов , т.е. число свободных электронов в единице объема (стр ого говоря, здесь, плотностью называют концентрацию — не массу единицы объема, а число частиц в единице объема). П лотность ионов связана с ней посредством среднего зарядового числа ионов. Следующей важной величиной является п лотность нейтральных атомов n 0 . В горячей плазме n 0 мала, но может тем не менее быть важной для физики про цессов в плазме. v Квазинейтральность Так как плазма является очень хорошим проводником, э лектрические свойства имеют важное значение. Потенциалом плазмы ил и потенциалом пространства называют среднее значение электрического потенциа ла в данной точке пространства. В случае если в плазму внесено какое-либо тело, его потенциал в общем случае будет меньше потенциала плазмы вследс твие возникновения дебаевского слоя. Такой потенциал называют плавающим потенциалом . По причине хорошей электрической проводимости пла зма стремится экранировать все электрические поля. Это приводит к явлен ию квазинейтральности — плотность отрицательных зарядов с хорошей то чностью равна плотности положительных зарядов. В силу хорошей электрич еской проводимости плазмы разделение положительных и отрицательных за рядов невозможно на расстояниях больших дебаевской длины и временах бо льших периода плазменных колебаний.Примером неквазинейтральной плазм ы является пучок электронов. Однако плотность не-нейтральных плазм долж на быть очень мала, иначе они быстро распадутся за счет кулоновского отт алкивания. Получение плазмы. Чтобы перевести газ в состояние плазмы, нужн о оторвать хотя бы часть электронов от атомов, превратив эти атомы в ионы . Такой отрыв от атомов называют ионизацией. В природе и технике ионизаци я может производиться различными путями. Самые распространенные из них: · Ионизация тепловой эне ргией · Ионизация электрически м разрядом. · Ионизация давлением. · Ионизация лазерным изл учением. · Исполь зование плазмы. Наиболее широко плазма применяется в светот ехнике - в газоразрядных лампах, освещающих улицы. Гуляя вечером по улица м города, мы любуемся световыми рекламами, не думая о том, что в них светит ся неоновая или аргоновая плазма. Пользуемся лампами дневного света. Вся кий, кто имел «удовольствие» устроить в электрической сети короткое зам ыкание, встречался с плазмой. Искра, которая проскакивает между провода ми, состоит из плазмы электрического разряда в воздухе. Дуга электрическ ой сварки тоже плазма. Любое вещество, нагретое до достаточно высокой те мпературы, переходит в состояние плазмы. Легче всего это происходит с па рами щелочных металлов, таких, как натрий, калий, цезий. Обычное пламя обладает не которой теплопроводностью; оно, хотя и в слабой степени, ионизировано, то есть является плазмой. Причина этой проводимости - ничтожная примесь на трия, который можно распознать по желтому свечению. Для полной ионизации газа нужна температура в десятки тысяч градусов. Кроме того, плазма прим еняется в самых разных газоразрядных приборах: выпрямителях электриче ского тока, стабилизаторах напряжения, плазменных усилителях и генерат орах сверхвысоких частот (СВЧ), счётчиках космических частиц. Все так наз ываемые газовые лазеры (гелий-неоновый, криптоновый, на диоксиде углерод а и т. п.) на самом деле плазменные: газовые смеси в них ионизованы электрич еским разрядом. Свойствами, характерными для плазмы, обладают электроны проводимости в металле (ионы, жестко закрепленные в кристаллической реш ётке, нейтрализуют их заряды), совокупность свободных электронов и подви жных «дырок» (вакансий) в полупроводниках. Поэтому такие системы называю т плазмой твёрдых тел. Газовую плазму принято разделять на низкотемпературную - до 100 тыс. градусов и высокотемпературную - до 100 млн градусов. Сущес твуют генераторы низкотемпературной плазмы - плазмотроны, в которых исп ользуется электрическая дуга. С помощью плазмотрона можно нагреть почт и любой газ до 7000-10000 градусов за сотые и тысячные доли секунды. С созданием п лазмотрона возникла новая область науки - плазменная химия: многие химич еские реакции ускоряются или идут только в плазменной струе. Плазмотрон ы применяются и в горно-рудной промышленности, и для резки металлов. Созданы также плазмен ные двигатели, магнитогидродинамические электростанции. Разрабатываю тся различные схемы плазменного ускорения заряженных частиц. Централь ной задачей физики плазмы является проблема управляемого термоядерног о синтеза. Термояде рными называют реакции синтеза более тяжёлых ядер из ядер лёгких элемен тов (в первую очередь изотопов водорода - дейтерия D и трития Т), протекающие при очень высоких температурах. В естественных условиях термоядерные р еакции происходят на Солнце: ядра водорода соединяются друг с другом, об разуя ядра гелия, при этом выделяется значительное количество энергии. И скусственная реакция термоядерного синтеза была осуществлена в водор одной бомбе. Плазм а как негативное явление. Существуют случаи , когда прихо дится учитывать пл азму, как явление, которого нужно избежать . Это возникновение плазменной дуги при коммутационных и переходны х процессах. Наприм ер, при отключении линии электропередачи в выключателе между контактами возникает дуга, к оторая должна быть погашена как можно быстрее.
© Рефератбанк, 2002 - 2018