等离子体物理学 李毅 2014.9
等离子体物理学 李毅 2014.9
等离子体的概念和参数范围 等离子体从广义上说,是泛指一些具有足够能量 的自由的带电粒子,其运动以受电磁场力作用为 主的物质,从这个意义上来说,半导体、电解液 都是等离子体。但一般相对专门性地是指电离了 的气体,当然它的行为是以带电粒子和电场磁场 自恰地相互作用为主导。 ·等离子体的感性认识:是部分或完全电离了的气 体,它的行为受电磁场影响。 温度是导致物质状态变化的关键参量,等离子体 是物质继固态、液态、气态之后的第四种状态
等离子体的概念和参数范围 • 等离子体从广义上说，是泛指一些具有足够能量 的自由的带电粒子，其运动以受电磁场力作用为 主的物质，从这个意义上来说，半导体、电解液 都是等离子体。但一般相对专门性地是指电离了 的气体，当然它的行为是以带电粒子和电场磁场 自恰地相互作用为主导。 • 等离子体的感性认识：是部分或完全电离了的气 体，它的行为受电磁场影响。 • 温度是导致物质状态变化的关键参量，等离子体 是物质继固态、液态、气态之后的第四种状态
气体电离 气体温度升高导致电离,从而形成等离 子体态。 等离子体的复合率为mn这里a是常 系数 只要气体有1%的电离,其行为就会由电磁场 主导。 ·等离子体的温度和电子(离子)密度是它的重 要参量
气体电离 • 气体温度升高导致电离，从而形成等离 子体态。 • 等离子体的复合率为 这里 是常 系数 • 只要气体有1%的电离，其行为就会由电磁场 主导。 • 等离子体的温度和电子（离子）密度是它的重 要参量。 i e an n a
·Saha方程描述了温度与电离度(电离和复合达到丬 衡)的关系。 (2mx7)32 h'3 这里ne,n是电子和离子的密度,n是中性粒子的密度,h是 Planck常数,κ是 Boltzmann常数。πe,π,πo分别是电子、 离子和中性粒子的统计权重,对氢(H来说分别是2,2,1, 而E是电离能,对于H原子为136eV。 ionization degree 0.8 0.6 0.4 0.2 5000.10000.15000.20000.25000 T [K
• Saha方程描述了温度与电离度（电离和复合达到平 衡）的关系。 – 这里ne,ni是电子和离子的密度，no是中性粒子的密度，h是 Planck常数，k是Boltzmann常数。pe, pi, po分别是电子、 离子和中性粒子的统计权重，对氢(H)来说分别是2，2，1， 而 Ei 是电离能，对于H原子为13.6eV。 ( ) 3/ 2 3 0 0 2 Ei e i e i e kT n n m T e n h p p p k p − =
动能与势能 从等离子体密度可以估算粒子之间的平均 距离:L=n3 ·在这个距离上,带电粒子之间的势能为 deL 而粒子的动能是与温度有关的,作为等离 子体,一般来说,其动能要比势能大得多
• 从等离子体密度可以估算粒子之间的平均 距离： • 在这个距离上，带电粒子之间的势能为 • 而粒子的动能是与温度有关的，作为等离 子体，一般来说，其动能要比势能大得多。 动能与势能 1/ 3 L n− = 2 0 4 e p L