電漿的性質

電漿是由大量帶電粒子組成的非束縛態巨觀體系,它包含自由電子、自由離子,也可能存在中性粒子;是物質三種形態固體、液體、氣體之後的第四種物質形態,廣泛存在於自然界中。任何不帶電的普通氣體在受到外界高能作用後,部分原子中電子吸收的能量超過原子電離能後脫離原子核的束縛而成為自由電子;同時原子因失去電子而成為帶正電的離子。這樣原來中性氣體因電離將轉化成有大量自由電子、正電離子和部分中性原子組成與原氣體具有不同性質的物質,這種物質就稱為電漿。但並非所有的自由電子、正電離子和部分中性原子組成的物質都是電漿,只有具有足夠高的電離度的電離氣體才具有電漿的性質,才能成為電漿。可以這樣說,電漿是帶電的,具有“電性”;而普通氣體是不帶電的,具有“中性”。當體系中的“電性”比“中性”更重要時,這一體系可以稱為電漿。


電漿的一般特性有:
(1)準電中性 由於高度電離,破壞電中性的任何擾動都會導致該區域強電場的出現,從而使得電中性得以恢復。也就是說,電漿內電荷分布偏離的空間與時間尺度都很小。
(2)強導電性 由於存在很多自由電子和各種荷電離子,電漿的電導率很高。
(3)與磁場發生相互作用 它是指大量帶電粒子在自己產生的電場中運動的行為,也就是電漿內的各種波動過程
電漿是帶電粒子和中性粒子組成的表現集體行為的一種準中性氣體。不是任何電離的氣體都能稱做電漿;任何氣體中總會存在某些小電離度。
電漿必須滿足三個條件:
1)λD<<L
2)ND>>1
3)ωτ>1
其中:λD是德拜長度,L是系統尺寸,
ND是德拜球中的粒子數,
ω是電漿振盪頻率,τ是帶電粒子與中性原子碰撞平均時間。
三個條件分別說了三件事:
1) 電漿行為有一個基本特性:能禁止掉作用於它上面的電勢能力,即德拜禁止。
德拜長度即這個禁止層的厚度。因此需要氣體足夠稠密,以致λD遠小於L;
德拜禁止效應是指電漿有一種消除內部靜電場的趨勢,這種效應是帶電粒子通過改變其空間位置的組合而產生的
2) 德拜球中間的粒子數要大於1,通常電漿應該是遠大於1的。
3) 在電漿中電磁力占據主要作用。

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