等离子体物理——Plasma physics 02

《等离子体物理——Plasma physics 02》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、等离子体物理第一章引言1.6Saha方程1.7等离子体基本参数1.8等离子体的准中性1.9等离子体屏蔽1.10等离子体的不同描述1.6等离子体的描述1.7等离子体的基本参量1、粒子数密度n准中性条件2、速度分布函数3、温度T对于满足Maxwell速度分布函数(已经归一化)的粒子：粒子的平均动能与温度的定义(统计力学：分子热运动的一种度量)等离子体温度是粒子平均动能的度量4、热力学温度(thermaltemperature)、动力学温度(kinetictemp.)、有效温度(effectivetemp.)传统意义上的温度概念只在热平衡等离子体

2、中才成立，但通常也直接将温度定义为上述速度分布函数的积分，用以度量系统中粒子的平均动能，称为动力学温度或有效温度5、电子温度Te和离子温度Ti不同成分之间达到热平衡的时间比同种类粒子之间达到热平衡的时间长得多，因此等离子体不同种类的粒子可以有不同的温度6、垂直温度T和平行温度Tperppara磁场的出现使得沿着磁场方向和垂直于磁场方向上的速度分布可以截然不同，可认为在不同方向上的等离子体存在不同的温度7、温度的单位：k，有时也将Boltzmann常数吸入，采用能量单位eV,1eV=1.6e-19J,1eV~11600K~1万度消除流行的错误的温

3、度概念:荧光灯管内的电子温度为20,000K日冕气体温度高达百万度,却烧不开一杯水除温度之外,还必须考虑热容量E~nkTB温度V.S.能量密度1.8等离子体的准中性电子和离子数量不相等,净电荷密度n(e)n(e)e(nn)eiie由泊松方程eE(nn)ie00dEx一维下解为Edx00对过剩的电荷产生排斥力,为回复力平行平板间的等离子体1.8等离子体的准中性[例]非中性等离子体产生的力考虑T=1eV,n=1019m−3(普通等离子体,比较：ee大气的分子密度为~3×1025m−3)。假设离子和电子浓

4、度之间有微小的差别,Δn=(n−n),则ieρ=Δne。单位体积电荷在距离x处产生的力2x2xFE(ne)e0063n/ne1%，x0.10m，Fe310Nm对比：单位体积的压力3F~p/xnT/xnT/x16Nmpeeii1.9等离子体屏蔽1.9.1-玻尔兹曼分布函数的初步推导1.9.2-静电势中的等离子体密度1.9.3-德拜屏蔽1.9.4-等离子体-固体边界1.9.5-鞘层厚度1.9.1-玻尔兹曼分布函数的初步推导统计力学的基本原理热平衡↔最可几态,即微观状态的最大可能排列gg12SS12EE12有热

5、接触的统计系统S,S12能量——E,E12微观状态的数目——g,g121.9.1-玻尔兹曼分布函数的初步推导如果复合系统的总能量固定,为E+E=E12t总的微观状态数gdgdgdg12gg(E)g(EE)gg112t121dEdEdE最可几态时dg/dE=01dg1dgdd12，或lnglng12gdEgdEdEdE12d1d1定义熵lng温度(lng)()TdEdE1.9.1-玻尔兹曼分布函数的初步推导系统S的两个微观态的能量用E,E表示,耦合系统1ABS和S的状态数之比为1A1Bg(EE)2tAexp[(E

6、E)(EE)]tAtBg(EE)2tB假设系统S>>S;E,E<

7、动的电荷导体的静电平衡条件：内部电场为零、表面电场与导体表面垂直E0－e＋－＋e－＋EE外场0感应电荷－＋等离子体：对任何在等离子体中建立电场的企图都会受到等离子体(中“自由”带电粒子)的阻止，这就是等离子体的德拜屏蔽效应.1.9.3等离子体德拜屏蔽的物理图像德拜长度(半径)、德拜势的推导及其物理意义点电荷q的静电势：q()r4r0将该电荷置于等离子体中吸引异号电荷、排斥同号电荷在一定空间范围内,等离子体中出现正负电荷数目不等，异号电荷出现过剩削弱上述静电场等离子体的屏蔽作用。根据泊松方程：2()re()n

8、enZiii势场中的热平衡气体满足00k该分布的意义：k(1)远离q处的数密度等于未扰数值(2)电势为正时，电子数密度增加，即电子将被捕获，离