ap等离子体导论之三.ppt

等离子体参数 动能 势能 德拜屏蔽是一个统计意义上的概念，这暗示了在一个德拜球中应具有足够多的粒子，我们引入等离子体参数.等离子体粒子间平均动能与平均相互作用势能之比的一个度量. 等离子体参量g=1/(nλD3)1，平均势能与平均自由能之比的度量 等离子体概述 等离子体的形成及碰撞 等离子体的准电中性 徳拜屏蔽及等离子体屏蔽 等离子体鞘层及电位 等离子作振荡 等离子体中的基本参数 等离子体判据 等离子体判据 等离子体必须满足的三个条件是： 等离子体作为物质的一种聚集状态必须要求其空间尺度远大于德拜长度，时间尺度远大于等离子体响应时间，在此情况下，等离子体的集体相互作用起主要作用，在较大的尺度上正负电荷数量大致相当，所谓的准中性条件成立。 准中性条件曾作为等离子体判定性标准。中文“等离子体”的含义就是正负离子相等的带电粒子系统。 准中性条件不成立，等离子体内部存在较强的静电场，但只要体系满足上面的时空要求，以集体相互作用为主的等离子体特征同样可以出现。 等离子体判据 等离子体存在满足下面三个条件 第一个条件： 第二个条件： 第三个条件： 即等离子体的德拜长度大于粒子间的平均距离，德拜屏蔽效应是大量粒子的统计效应，统计条件要求德拜球内有大量的粒子，为此必须满足此条件。 即德拜长度远小于等离子体特征长度，由于在德拜球内不能保证此电中性。所以不满足这个条件，就不可能把等离子体看作电中性的物质聚集态。 νc是碰撞频率，是热运动阻碍恢复电中性的因素，当ωpνc 时，电子来不及通过碰撞耗散振荡能量，则振荡能维持，保证了等离子体维持电中性。 对于部分电离气体，体系中除带电粒子外，还存在着中性粒子。当带电粒子与中性粒子之间的相互作用强度同带电粒子之间的相互作用相比可以忽略时，带电粒子的运动行为就与中性粒子的存在基本无关，同完全电离气体构成的等离子体相近，这种情况下的部分电离气体仍然是等离子体。 带电粒子与中性粒子之间的相互作用形式只有近距离碰撞这一种形式，可以用碰撞频率νen表示其相互作用的强弱程度。带电粒子之间的相互作用则可以分成两体的库仑碰撞和集体相互作用两部分，我们可以用库仑碰撞频率νee和等离子体频率ωp来表征这两种作用的大小。因此，如果有， 关于部分电离等离子体 则中性粒子的作用可以忽略，体系处于等离子体状态。 有大量中性粒子存在的情况往往是低温等离子体，通常我们可以用库仑碰撞频率来估计。带电粒子之间的库仑碰撞截面很大，在常规情况下，当电离度为0.1％时，实际上就可以忽略中性粒子的作用。 当电离度更小时，电离气体仍然具备一些等离子体的性质，但需要考虑中性粒子的影响。直到中性粒子的碰撞频率大大超越库仑碰撞频率和等离子体频率时，体系的等离子体特征消失，这种微弱电离的气体不再是等离子体。 经典条件 稀薄条件 补充: 等离子体研究过程中常常会使用一些条件对等离子体进行简化?. 经典条件 一般等离子体可以用经典理论来处理,但是必须满足一定的条件:粒子的德布罗意波长远小于粒子之间的平均间距! 粒子德布罗意波长 粒子间平均间距 一般的等离子体基本满足这样的条件,但是对于固体等离子体或者恒星内部等离子体,密度很高,所以布满足这个条件,这时需要用量子理论了描述:量子等离子体. 稀薄条件 一般常常把等离子体当作理想气体来处理,但也是必须满足一定的条件:粒子热运动的特征动能远大于粒子之间的库仑作用势能! 显然: 满足稀薄条件的等离子体可以看成是理想气体,有 等离子体各参量公式小结： 电子热速度 等离子体振荡频率 等离子体响应时间 德拜长度 德拜势 等离子体参数 作业 1.为什么等离子体为准中性？简述等离子体判据。 2. 计算：等离子体中存在一个带电量为+q的带电体，试求这时带电体之外的空间电位分 布，并给出德拜长度的表达式。说明德拜长度的物理意义。 3、试计算下列参数条件下等离子体的德拜长度?D和等离子体振荡频率?P。 （1）磁流体发电机：Te＝2500K及n＝1020m－3。 （2）低压辉光放电：kBTe＝2eV及n＝1010cm－3。 （3）地球的电离层：kBTe＝0.1eV及n＝106cm－3。 1－2、严格稳定条件下，离子和电子都服从玻尔兹曼分布 对于无限大位势位的电荷透明栅，试证明等离子体屏蔽距离近似位： 1－3、假定两个无限大的平板，分别处于x＝?d，如果平板位势能?＝0，两平板之间均匀充满密度位n，电荷为q的气体。使用泊松公式证明两平板之间的电势分布为 Thanks! 等离子体鞘层及电位 深入到等离子体内部的任何物体表面附近都会有一个鞘层，和德拜屏蔽相同。 鞘层厚度 等离子体电位 等离子体概述 等离子体的形成及碰撞 等离子体的准电中性 徳拜屏蔽及等离子体屏蔽 等离子体鞘层及电位 等离子作振荡 等离子体中的基本