2.Властивості плазми.
2.1. Фізичні властивості.
Характерною особливістю плазми, на відміну від інших агрегатних станів, є екранування електростатичної взаємодії. В газі, твердому тілі чи рідині поляризація атомів і молекул призводить до зменшення взаємодії між зарядами на величину, яка визначається діелектричною сталою. В плазмі взаємодія не просто зменшується, вона дуже швидко, експоненційно, затухає із збільшенням віддалі між зарядами. Це екранування зумовлене перебудовою густини зарядів протилежного знаку навколо будь-якого заряду. Завдяки екрануванню електрони і йони в плазмі рухаються наче в усередненому полі, і їх можна трактувати як вільні частинки.
Завдяки екрануванню зовнішнє електричне поле не проникає в плазму на віддалі, суттєво більші, ніж довжина екранування. Однак, в плазму може проникати магнітне поле. Плазма, в якій магнітне поле достатньо сильне, щоб впливати на рух заряджених частинок називається намагніченою. Критерієм намагніченості плазми є відсутність зіткнення між частинками за один оберт у магнітному полі. Часто виникають випадки, коли електрони вже намагнічені, а йони ще ні. Намагнічена плазма анізотропна — її властивості залежать від напрямку відносно магнітного поля.
Базові характеристики плазми
Всі
величини наведені у Гаусових СГС
одиницях за виключенням температури,
яка наведена у eV і маси іонів, яка наведена
в одиницях маси протона
;
Z — зарядове число; k — стала
Больцмана; К — довжина хвилі; γ —
адіабатичний індекс; ln Λ — Кулонівський
логарифм.
Частоти
Ларморова частота електрону, кутова частота кругового руху електрону у площині, що перпендикулярна до магнітного поля:
Ларморова частота іону, кутова частота кругового руху іону у площині, що перпендикулярна до магнітного поля:
плазмова частота (частота коливань плазми), частота з якою електрони коливаються навколо положення рівноваги, будучи зміщеними відносно іонів:
іонна плазмова частота:
частота зіткнень електронів
частота зіткнень іонів
Довжини
Де-Бройлева довжина хвилі електрону, довжина хвилі електрону у квантовій механиці:
мінімальна відстань зближення у класичному випадку, мінімальна відстань на яку можуть зблизитись дві заряджені частинки при лобовому зіткненні і початковій швидкості, що відповідає температурі частинок, нехтуючи квантово-механічні ефекти:
гіромагнітний радіус электрону, радіус кругового руху електрону у площині, що перпендикулярна до магнітного поля:
гіромагнітний радіус іону, радіус кругового руху іону у площині, що перпендикулярна до магнітного поля:
розмір скін-шару плазми, відстань на яку електромагнітні хвилі можуть проникати у плазму:
Радіус Дебая (довжина Дебая), відстань на яку електричні поля екрануються за рахунок перерозподілу електронів:
Швидкості
Теплова швидкість електрону, формула для оцінки швидкості електронів при розподілі Максвелла. Середня швидкість, найбільш ймовірна швидкість і середньоквадратична швидкість відрізняються від цього виразу лише множниками, які приблизно дорівнюють одиниці:
Теплова швидкість іону, формула для оцінки швидкосіт іонів при розподілі Максвелла:
Швидкість іонного звуку, швидкість поздовжних іонно-звукових хвиль:
Альфвенівська швидкість, швидкість Альфвенівських хвиль:
