کلیه مطالب این سایت فاقد اعتبار و از رده خارج است. تعطیل کامل

اغلب مشاهده شده که نیروی الکترومغناطیسی باعث ایجاد یک ساختار منظم شده یعنی اتمها و مولکولها وجامدات کریستالی را تثبیت میکند. بطورکلی سیستمهای دارای ساختار منظم انرژی چسبندگی بیشتری نسبت به انرژی حرارتی پیرامون خود دارند. اگر این سازه ها در محیطی با حرارت کافی قرار بگیرند تجزیه می شوند یعنی کریستال ها ذوب گردیده ونظم مولکولی به هم میریزد. در دمای نزدیک یا بالای انرژی یونیزاسیون اتمی، اتم ها نیز به الکترون ها با بار منفی ویون ها با بار مثبت تجزیه می شوند. این ذرات باردار به هیچ وجه آزاد نبوده و به شدت تحت تاثیر میادین الکترومغناطیسی یکدیگر قرار می گیرند. با این حال چون بارها دیگر چسبیده نیستند، ترکیبومونتاژ آن ها قادر به حرکات مشترک با پیچیدگی و قدرت بالا خواهند بود. چنین ترکیبی، پلاسما نامیده می شود. در این فصل به ویژگی های یک ساختار پلاسمائی می پردازیم.

1-2پلاسما چیست؟]1[

شکل (1-1) یونش برخوردی وباز ترکیب

موازنه بین یونش برخوردی و باز ترکیب به صورت شکل بالاست.یونش یک انرژی آستانه دارد، باز ترکیب این گونه نیست، ولی احتمال وقوع بسیار کمتری دارد.این انرژی آستانه،انرژی یونشc_iنامیده می شود. انتگرال روی توزیع ماکسولی،ضرایب آهنگ واکنش را بدست می دهد.به دلیل وجود دم توزیع ماکسولی آهنگ یونش T=c_iهم گسترش می یابدودر هنگام تعادل خواهیم داشت:

(1-1)

اگر دمای الکترون ها    باشد ، درصد یون ها بزرگ خواهد بود.برای مثال ، هیدروژن دریونیزه است(11600K).در دمای اتاق، این یونش قابل چشم  پوشی است.

1-3 پلاسما ها شبه خنثی هستند

اگر گازی ازتعداد نا مساوی الکترون ویون (با یک بار مثبت) تشکیل شده باشد،آنگاه چگالی بارخالصρ وجود خواهد داشت.

(1-2)

شکل(1-2) ضرایب آهنگ یونش و باز ترکیب تابشی برای هیدروژن اتمی

که منجر به میدان الکتریکی  می شود:

(1-3)

یک ستون پلاسمایی را در نظر بگیرید،طبق روابط زیر خواهیم داشت:

(1-4)

(1-5)

این عبارت منجر به نیرویی می شود که مایل به دفع گونه ی باری است که اکثریت را تشکیل می دهد.به این معنی که اگرn_i> n_eباشد میدان E،n_i را کاهش وn_e را افزایش می دهد تا بار کل کاهش یابد.این نیروی بازگرداننده،بسیار بزرگ است.مثلا فرض کنید T_e=1ev وn_e=10¹⁹ m^-3(یک پلاسمای ضعیف،مثل جو با چگالی10²⁵m^-3×n_moloeuleus~3)باشد وفرض کنید اختلاف کوچکی بین چگالی یونها والکترونها

Dn=(n_i-n_e)وجود دارد.بنابراین خواهیم داشت:

(1-6)

آنگاه نیروی واحد حجم در فاصله ی xبرابر است با:

(1-7)

با فرض 1%= Dn/n_eوx=0/10m ،در اینصورت مقدارF_e برابر است با:

                                                         (1-8)

این نتیجه را با نیروی فشار در واحد حجم که تقریبا برابرP/xاست مقایسه می کنیم:(n_iT_i+)P~n_eT_e)

(1-9)

خرید اینترنتی فایل کامل :

 

 

 

می بینیم که نیروی الکترواستاتیک بسیار بزرگترازنیروی فشارجنبشی است.این ویژگی جنبه ای ازاین واقعیت است که پلاسما به علت یونیزه بودن،انواع رفتارهای جمعی،متفاوت از گازهای خنثی را از خود نشان می دهد که ناشی از نیروهای بلند برد E وB  است. مثال دیگر، مربوط به امواج طولی است. در یک گاز معمولی امواج صوتی ازطریق برخوردهای بین مولکولی منتشر می شوند.در پلاسما امواج میتوانند حتی هنگامی که برخوردها قابل چشم پوشی اند به دلیل اندر کنش کولنی بین ذرات منتشر شوند.

1-4حفاظ پلاسما

1-4-1اصول پایه مکانیک آماری]1[

محتمل ترین حالت ،یعنی حالتی با تعداد زیادی از آرایش های ممکن میکرو حالتها. سیستمهای ضعیف شده ی

جفت شده S₁ و S₂ با انرژی  E₁ و E₂ را در نظر بگیرید.تعداد حالت هایمیکروسکوپیک مربوط به این انرژی ها را به ترتیب g₁ و  g₂می نامیم.آنگاه تعداد کل میکروحالتهایسیستم  مرکب (با فرض مستقل بودن

شکل(1-3) سیستم های آماری در تماس حرارتی

حالت ها) برابر خواهد بود با :

(1-10)

اگر انرژی سیستم مرکب ثابت باشدE₁+E₂=E_t آنگاهg  را می توان به صورت تابعی از E₁ نوشت:

(1-11)

(1-12)

محتمل ترین حالت آن است که در آنdg/dE₁=0 باشد ، یعنی:

(1-13)

بنابراین در حالت تعادل، سیستم های در تماس حرارتی مقدارd Lng/dE یکسانی دارد.

(1-14)

حال فرض می کنیم سیستمS₂ نسبت بهS₁ بزرگ باشد بطورکهS_1A و  S_1Bتغییرات کوچکی درانرژیS₂محسوب شوند تا بتوانیم از بسط تیلور استفاده کنیم :

(1-15)

در نتیجه نشان داده ایم که نسبت احتمال حضور سیستم S₁در دو مایکروحالت A و B وقتی کهS₁در تعادل

حرارتیبا یک منبع گرمایی باشد به سادگی برابر با عبارت:

(1-16)

خواهد بود. این عبارت به”ضریب بولتزمن” معروف است.

عدم حضور ثابت بولتزمن دراین رابطه به خاطراستفاده ازیکاهای طبیعی ترمودینامیک برای آنتروپی(بدون بعد) و دما(انرژی )است.در فیزیک پلاسما تقریبا همیشه ازیکای انرژی برای دما استفاده می شود و چون ژول بسیار بزرگ است،معمولا الکترون –ولت (eV)به کار برده می شود.

(1-17)

یک پیامدضریب بولتزمن این است که گازی حاوی ذرات متحرک با انرژیmv²/2،یک توزیع سرعت ماکسول-بولتزمن (ماکسولی)متناسب باexp(-mv²/2KT) اختیار میکند.