等离子体化学基础-胡征.pdfVIP

维普资讯 ⑥ l一 券 车}L、、篆 ， 南j ， 等离子体化 学基 础 丁良 (南京大学 ，210094) 线)通过升华与凝华 、液态与气态之 间 (OA线J通过 等离子体及其基本性质 汽化与液化实现相互转化。 本章从我们熟悉的固、液 、气物质三态 出发 ，引出 物质的第四态——等离子体 的基本概念和性质。 2．1 等离子体——物质的第四态 21．1 物 质的三态变化 一 切宏观物质都是 由大量分子组成 的。分子 间 力的吸引作用使分子聚集在一起 ，在空问形成某种有 规则的分布 ，而分子的无规热运动具有破坏这种规则 分布 的趋 势 。 通常见到的物质总是 以固体 、液体或气体三态 中 图2—1 物态图 的任一态存在。在一定 的温度和压力下 ，某一物质的 存在状态取决于构成物质 的分子 间力与无规热运动 2．12 物质第四态——等离子体 这两种对立因素相互作用的结果 ，或者说取决于分子 从物态图中已清楚地看到，宏观物质在一定压强 间的结合能与其热运动动能的竞争。我们知道，温度 下 ，随着温度升高 ，由固态变为液态 ，再变为气态 ，有 是分子热运动剧烈程度在宏观上的表现。在较低温 的直接从固态变为气态 那么，对于气态物质再继续 度下+分子无规热运动不太剧烈 ，分子在分子 间力 的 升高温度 ，将会有什么变化呢?这个 问题在物态图上 作用下被束缚在各 自的平衡位置附近作微小的振动， 已经找不到答案了。我们知道 ，温度越高，表明物质 分子排列有序 ，表现为 固态。温度升高时，无规热运 分子的热运动愈剧烈。当温度足够高时，构成分子的 动剧烈到某一程度 ，分子的作用力已不足以将分子束 原子也获得足够大 的功能，开始彼此分离 ，这一过程 缚在固定的平衡位置附近作微小振动 ，但还不至于使 称为离解 。在此基础上如再进一步提高温度的话 ，就 分子分散远离 ．这就表现为具有一定体积而无 固定形 会出现另一种全新的现象，原子的外层 电子将摆脱原 状的液态。温度再升高 ，无规热运动进一步加剧 ，分 子核 的束缚而成为 自由电子 ，失去电子 的原子变成带 子间力已无法使分子保持一定的距离 ，这时分子互相 正电的离子。这个过程叫电离。等离子体指的就是 分散远离，分子的运动几乎是 自由运动 ，这就表现为 这种电离气体 ，通常是 由光子、电子 、基态原子 (或分 气态 可见 ，在一定条件下 ，物质 的三态之 问是可 子)、激发态原子 (或分子) 及正离子和负离子 6种 相互转化的。各种物态之间的相互转化都跟温度 r 基本粒子构成 的集合体。 和压强P有关 ，如物态图(图2一I)所示 ，固态和液态 之所 称等离子体为物质第 四态 ，是 因为和已有 之问 (OB)线通过熔化与凝 固、固态与气态之 间(OC 的三态相 比，它无论在组成上还是在性质 上均有着本 39 维普资讯 盔皿 1999~： 11期 专家论坛L《ectures~ 质 的差别 ，即使和有所相近的气体 (在密度 、压力等参 为普朗克常数，k为玻尔兹曼常数，r为温度，P为气 量方