Plasma
•Als PPS, PDF herunterladen•
4 gefällt mir•736 views
Contents 1Introduction about plasma 2Who Found plasma? 3. Plasma Characteristics 3.1 Temperatures 3.2 Cold,Hot Plasma 3.3 Potentials 3.4 Comparison of plasma and gas phases 3.5 Critical ionization velocity 4 Types of Plasma 4.1 Ultracold plasma 4.2 Non-neutral plasma 4.3 Dusty plasma and grain plasma 5 Magnets can Move Plasmas 6 Can Plasmas Be Controlled? 7 Applications
Empfohlen
Weitere ähnliche Inhalte
Was ist angesagt?
Was ist angesagt? (20)
Andere mochten auch
Ähnlich wie Plasma
Ähnlich wie Plasma (20)
Plasma
- 2. Contents NEXT 1.Introduction 2.Who Found plasma? 3. Plasma CChhaarraacctteerriissttiiccss 3.1 Temperatures 3.2 Cold Hot Plasma 3.3 Potentials 3.4 Comparison of plasma and gas phases 3.5 Critical ionization velocity 4 Types of Plasma 4.1 Ultracold plasma 4.2 Non-neutral plasma 4.3 Dusty plasma and grain plasma
- 3. Previous Contents 5 Magnets can Move Plasmas 6 Can Plasmas Be Controlled? 7 Applications
- 4. WWhhaatt IIss PPllaassmmaa?? INDEX AA hhoott iioonniizzeedd ggaass TThhee ‘‘ffoouurrtthh ssttaattee ooff mmaatttteerr’’ UUnnlliikkee ggaasseess,, ssoolliiddss,, oorr lliiqquuiiddss,, ppllaassmmaa ddooeess nnoott ccoonnttaaiinn mmoolleeccuulleess IInnsstteeaadd,, iitt iiss aa ggaass tthhaatt iiss ccoommppoosseedd ooff iioonnss CCoommppoosseess mmoorree tthhaann 9999%% ooff tthhee kknnoowwnn vviissiibbllee uunniivveerrssee
- 5. SSoo WWhhaatt’’ss IInn IItt?? INDEX SSoommee,, oorr aallll,, ooff tthhee eelleeccttrroonnss iinn tthhee oouutteerr oorrbbiittaallss hhaavvee bbeeeenn ssttrriippppeedd aawwaayy TThhee rreessuulltt iiss aa ccoolllleeccttiioonn ooff iioonnss aanndd eelleeccttrroonnss,, wwhhiicchh aarree nnoo lloonnggeerr bboouunndd ttooggeetthheerr
- 6. WWhhaatt DDiidd TThhaatt MMeeaann?? INDEX BBeeccaauussee tthhee ppaarrttiicclleess aarree nnoott nneeuuttrraall:: PPllaassmmaa bbeehhaavveess ddiiffffeerreennttllyy tthheenn rreegguullaarr ggaasseess FFoorr iinnssttaannccee,, iinn tthhee pprreesseennccee ooff eelleeccttrroommaaggnneettiicc ffiieellddss
- 7. WWhhoo FFoouunndd IItt?? INDEX FFiirrsstt ddiissccoovveerreedd bbyy SSiirr WWiilllliiaamm CCrrooookkeess,, iinn 11887799 BBuutt iitt wwaassnn’’tt ccaalllleedd ‘‘ppllaassmmaa’’ uunnttiill 11992288,, wwhheenn IIrrvviinngg LLaannggmmuuiirr ccooiinneedd tthhee tteerrmm
- 8. INDEX CChhaarraacctteerriissttiiccss:: TTeemmppeerraattuurree DDeeffiinneess ttwwoo kkiinnddss ooff ppllaassmmaa:: CCoolldd aanndd HHoott RReeffeerrss ttoo tthhee eelleeccttrroonn tteemmppeerraattuurree PPllaassmmaa tteemmppeerraattuurree iiss ccoommmmoonnllyy mmeeaassuurreedd iinn kkeellvviinnss oorr eelleeccttrroonnvvoollttss,, aanndd iiss aann iinnffoorrmmaall mmeeaassuurree ooff tthhee tthheerrmmaall kkiinneettiicc eenneerrggyy ppeerr ppaarrttiiccllee.. IIoonn tteemmppeerraattuurree mmaayy bbee vveerryy ddiiffffeerreenntt ((lloowweerr))
- 9. INDEX
- 10. CCoolldd PPllaassmmaa INDEX IIssnn’’tt rreeaallllyy ccoolldd TTyyppiiccaall eelleeccttrroonn tteemmppeerraattuurreess ffoorr ccoolldd ppllaassmmaass aarree iinn tthhee tthhoouussaannddss ooff ddeeggrreeeess OOnnllyy aa ssmmaallll ffrraaccttiioonn ooff tthhee ggaass mmoolleeccuulleess aarree iioonniizzeedd ((ddeeggrreeee ooff iioonniizzaattiioonn)) UUssuuaallllyy oonn tthhee oorrddeerr ooff 11%% OOfftteenn ccrreeaatteedd uussiinngg ssttrroonngg eelleeccttrriicc ffiieellddss
- 11. CCooooll INDEX WWhheerree CCaann II FFiinndd CCoolldd PPllaassmmaa?? FFlluuoorreesscceenntt LLiigghhttss SSttrroobbee LLiigghhttss EExxppeerriimmeennttaall FFuussiioonn RReesseeaarrcchh DDeevviicceess
- 12. HHoott PPllaassmmaa INDEX RReeaallllyy hhoott LLiikkee tthhee SSuunn ((1155,,000000,,000000°° CC aatt tthhee ccoorree)) TThhee mmoolleeccuulleess aarree nneeaarrllyy iiff nnoott ffuullllyy iioonniizzeedd CCrreeaatteedd bbyy hheeaattiinngg tthhee mmoolleeccuulleess ttoo eexxttrreemmeellyy hhiigghh tteemmppeerraattuurreess
- 13. SSccoorrcchhiinngg INDEX WWhheerree CCaann II FFiinndd HHoott PPllaassmmaa?? IInn NNaattuurree,, aaccttuuaallllyy TThhee SSuunn aanndd ootthheerr ssttaarrss LLiigghhttnniinngg TThhee AAuurroorraa BBoorreeaalliiss ((CCoolloouurrffuullll lliigghhtt tthhaatt aappppeeaarrss iinn NNoorrtthheerrnn sskkyy aatt ddaawwnn))
- 14. CChhaarraacctteerriissttiiccss:: PPootteennttiiaallss INDEX SSiinnccee ppllaassmmaass aarree vveerryy ggoooodd ccoonndduuccttoorrss,, eelleeccttrriicc ppootteennttiiaallss ppllaayy aann iimmppoorrttaanntt rroollee.. TThhee ppootteennttiiaall aass iitt eexxiissttss oonn aavveerraaggee iinn tthhee ssppaaccee bbeettwweeeenn cchhaarrggeedd ppaarrttiicclleess,, iinnddeeppeennddeenntt ooff tthhee qquueessttiioonn ooff hhooww iitt ccaann bbee mmeeaassuurreedd,, iiss ccaalllleedd tthhee ""ppllaassmmaa ppootteennttiiaall"" oorr tthhee ""ssppaaccee ppootteennttiiaall""..
- 15. CChhaarraacctteerriissttiiccss:: PPootteennttiiaallss INDEX TThhee mmaaggnniittuuddee ooff tthhee ppootteennttiiaallss aanndd eelleeccttrriicc ffiieellddss mmuusstt bbee ddeetteerrmmiinneedd bbyy mmeeaannss ootthheerr tthhaann ssiimmppllyy ffiinnddiinngg tthhee nneett cchhaarrggee ddeennssiittyy.. AA ccoommmmoonn eexxaammppllee iiss ttoo aassssuummee tthhaatt tthhee eelleeccttrroonnss ssaattiissffyy tthhee "" BBoollttzzmmaannnn rreellaattiioonn””
- 16. INDEX Comparison ooff ppllaassmmaa aanndd ggaass pphhaasseess PPllaassmmaa iiss ddiissttiinncctt ffrroomm ootthheerr lloowweerr-- eenneerrggyy ssttaatteess ooff mmaatttteerr.. AAlltthhoouugghh iitt iiss cclloosseellyy rreellaatteedd ttoo tthhee ggaass pphhaassee,,bbuutt iitt ddiiffffeerrss iinn aa nnuummbbeerr ooff wwaayyss,, iinncclluuddiinngg tthhee ffoolllloowwiinngg::
- 17. PPrrooppeerrttyy GGaass PPllaassmmaa EElleeccttrriiccaall VVeerryy llooww CCoonndduuccttiivviitt AAiirr iiss aann yy eexxcceelllleenntt iinnssuullaattoorr uunnttiill iitt bbrreeaakkss ddoowwnn iinnttoo ppllaassmmaa aatt eelleeccttrriicc ffiieelldd ssttrreennggtthhss aabboovvee 3300 kkiilloovvoollttss ppeerr cceennttiimmeetteerr.. UUssuuaallllyy vveerryy hhiigghh FFoorr mmaannyy ppuurrppoosseess tthhee ccoonndduuccttiivviittyy ooff aa ppllaassmmaa mmaayy bbee ttrreeaatteedd aass iinnffiinniittee.. IInnddeeppeennddeennttllyy aaccttiinngg ssppeecciieess BBiinnaarryy TTwwoo--ppaarrttiiccllee ccoolllliissiioonnss aarree tthhee rruullee,, tthhrreeee--bbooddyy ccoolllliissiioonnss eexxttrreemmeellyy rraarree.. CCoolllleeccttiivvee WWaavveess,, oorr oorrggaanniisseedd mmoottiioonn ooff ppllaassmmaa,, aarree vveerryy iimmppoorrttaanntt bbeeccaauussee tthhee ppaarrttiicclleess ccaann iinntteerraacctt aatt lloonngg rraannggeess tthhrroouugghh tthhee eelleeccttrriicc aanndd mmaaggnneettiicc ffoorrcceess.. INDEX
- 18. Critical iioonniizzaattiioonn vveelloocciittyy CCrriittiiccaall iioonniizzaattiioonn vveelloocciittyy ((CCIIVV,, aallssoo ccaalllleedd CCrriittiiccaall vveelloocciittyy,, CCVV)) iiss tthhee rreellaattiivvee vveelloocciittyy bbeettwweeeenn aa nneeuuttrraall ggaass aanndd ppllaassmmaa ((aann iioonniizzeedd ggaass)),, aatt wwhhiicchh tthhee nneeuuttrraall ggaass wwiillll ssttaarrtt ttoo iioonniizzee.. IIff mmoorree eenneerrggyy iiss ssuupppplliieedd,, tthhee vveelloocciittyy ooff tthhee aattoommss oorr mmoolleeccuulleess wwiillll nnoott eexxcceeeedd tthhee ccrriittiiccaall iioonniizzaattiioonn vveelloocciittyy uunnttiill tthhee ggaass bbeeccoommeess aallmmoosstt ffuullllyy iioonniizzeedd.. Critical ionization velocity experiment onboard space shuttle Discovery (STS-39), releasing a plume of nitrous oxide gas INDEX
- 19. INDEX TTyyppeess ooff PPllaassmmaa
- 20. TTyyppeess ooff PPllaassmmaa UUllttrraaccoolldd ppllaassmmaa INDEX IItt iiss ppoossssiibbllee ttoo ccrreeaattee uullttrraaccoolldd ppllaassmmaass,, bbyy uussiinngg llaasseerrss ttoo ttrraapp aanndd ccooooll nneeuuttrraall aattoommss ttoo tteemmppeerraattuurreess ooff 11 mmKK oorr lloowweerr.. AAnnootthheerr llaasseerr tthheenn iioonniizzeess tthhee aattoommss bbyy ggiivviinngg eeaacchh ooff tthhee oouutteerrmmoosstt eelleeccttrroonnss jjuusstt eennoouugghh eenneerrggyy ttoo eessccaappee tthhee eelleeccttrriiccaall aattttrraaccttiioonn ooff iittss ppaarreenntt iioonn.. TThhee kkeeyy ppooiinntt aabboouutt uullttrraaccoolldd ppllaassmmaass iiss tthhaatt bbyy mmaanniippuullaattiinngg tthhee aattoommss wwiitthh llaasseerrss,, tthhee kkiinneettiicc eenneerrggyy ooff tthhee lliibbeerraatteedd eelleeccttrroonnss ccaann bbee ccoonnttrroolllleedd
- 21. TTyyppeess ooff PPllaassmmaa NNoonn--nneeuuttrraall ppllaassmmaa INDEX TThhee ssttrreennggtthh aanndd rraannggee ooff tthhee eelleeccttrriicc ffoorrccee aanndd tthhee ggoooodd ccoonndduuccttiivviittyy ooff ppllaassmmaass uussuuaallllyy eennssuurree tthhaatt tthhee ddeennssiittyy ooff ppoossiittiivvee aanndd nneeggaattiivvee cchhaarrggeess iinn aannyy ssiizzeeaabbllee rreeggiioonn aarree eeqquuaall (("" qquuaassiinneeuuttrraalliittyy"")).. AA ppllaassmmaa wwhhiicchh hhaass aa ssiiggnniiffiiccaanntt eexxcceessss ooff cchhaarrggee ddeennssiittyy oorr wwhhiicchh iiss,, iinn tthhee eexxttrreemmee ccaassee,, ccoommppoosseedd ooff oonnllyy aa ssiinnggllee ssppeecciieess,, iiss ccaalllleedd aa nnoonn--nneeuuttrraall ppllaassmmaa.. IInn ssuucchh aa ppllaassmmaa,, eelleeccttrriicc ffiieellddss ppllaayy aa ddoommiinnaanntt rroollee.. EExxaammpplleess aarree cchhaarrggeedd ppaarrttiiccllee bbeeaammss,, aanndd ppoossiittrroonn ppllaassmmaass
- 22. TTyyppeess ooff PPllaassmmaa DDuussttyy ppllaassmmaa aanndd ggrraaiinn ppllaassmmaa INDEX AA dduussttyy ppllaassmmaa iiss oonnee ccoonnttaaiinniinngg ttiinnyy cchhaarrggeedd ppaarrttiicclleess ooff dduusstt ((ttyyppiiccaallllyy ffoouunndd iinn ssppaaccee)) wwhhiicchh aallssoo bbeehhaavveess lliikkee aa ppllaassmmaa.. AA ppllaassmmaa ccoonnttaaiinniinngg llaarrggeerr ppaarrttiicclleess iiss ccaalllleedd aa ggrraaiinn ppllaassmmaa..
- 23. INDEX MMaaggnneettss ccaann MMoovvee PPllaassmmaass?? PPllaassmmaa ddooeess aa ggrreeaatt jjoobb ooff ccoonndduuccttiinngg eelleeccttrriicciittyy.. SSiinnccee mmaaggnneettss ccaann aaffffeecctt mmaatttteerr tthhaatt ccoonndduuccttss eelleeccttrriicciittyy,, mmaaggnneettss iinnfflluueennccee ppllaassmmaa iinn mmuucchh tthhee ssaammee wwaayy tthheeyy wwoorrkk oonn aann iirroonn bbaarr--tthheeyy ccaann mmoovvee iitt wwiitthhoouutt eevveenn ttoouucchhiinngg iitt.. VVeerryy ppoowweerrffuull eelleeccttrroommaaggnneettss aarree uusseedd ttoo ccoonnttrrooll tthhee ppllaassmmaa iinn aa TTookkaammaakk.. TThheessee mmaaggnneettss,, aalloonngg wwiitthh aa ppoowweerrffuull eelleeccttrriiccaall ccuurrrreenntt ooff uupp ttoo sseevveerraall mmiilllliioonn aammppss,, ccrreeaattee aa kkiinndd ooff ““mmaaggnneettiicc bboottttllee”” tthhaatt ccoonnffiinneess tthhee ppllaassmmaa ttoo aa ddoouugghhnnuutt sshhaappee,, oorr ttoorruuss..
- 24. CCaann PPllaassmmaass BBee CCoonnttrroolllleedd?? FFoorr oovveerr 5500 yyeeaarrss,, sscciieennttiissttss aanndd eennggiinneeeerrss iinn mmaannyy ddiiffffeerreenntt ccoouunnttrriieess hhaavvee ttrriieedd ttoo ccrreeaattee aa ffuussiioonn rreeaaccttoorr tthhaatt pprroodduucceess mmoorree eenneerrggyy tthhaann iitt ccoonnssuummeess.. AAllll aattoommss hhaavvee aa ddeennssee nnuucclleeuuss ((mmaaddee uupp ooff pprroottoonnss aanndd nneeuuttrroonnss -- oorraannggee aanndd bbllaacckk oorr rreedd aanndd bblluuee sspphheerreess iinn tthhee ffiigguurreess bbeellooww)).. FFiissssiioonn aanndd ffuussiioonn rreeaaccttiioonnss aarree ttwwoo wwaayyss aa nnuucclleeuuss cchhaannggeess.. Fission produces lighter elements from heavier ones. Fusion makes heavier elements from lighter ones. INDEX
- 25. AApppplliiccaattiioonn OOff PPllaassmmaa INDEX BBeenneeffiittss aatt HHoommee HHiigghh eeffffiicciieennccyy lliigghhttiinngg;; mmaannuuffaaccttuurriinngg ooff sseemmiiccoonndduuccttoorrss ffoorr hhoommee ccoommppuutteerrss,, TTVVss aanndd eelleeccttrroonniiccss;; ffllaatt--ppaanneell ddiissppllaayyss;; aanndd ssuurrffaaccee ttrreeaattmmeenntt ooff ssyynntthheettiicc ccllootthh ffoorr ddyyee aaddhheessiioonn..
- 26. AApppplliiccaattiioonn OOff PPllaassmmaa INDEX BBuussiinneessss AApppplliiccaattiioonnss PPllaassmmaa eennhhaanncceedd cchheemmiissttrryy;; ssuurrffaaccee cclleeaanniinngg;; pprroocceessssiinngg ooff ppllaassttiiccss;; ggaass ttrreeaattmmeenntt;; sspprraayyiinngg ooff mmaatteerriiaallss;; cchheemmiiccaall aannaallyyssiiss;; hhiigghh-- eeffffiicciieennccyy lliigghhttiinngg,, eettcc……
- 27. AApppplliiccaattiioonn OOff PPllaassmmaa INDEX PPllaassmmaa LLiigghhttiinngg TThhee mmoosstt pprreevvaalleenntt mmaann--mmaaddee ppllaassmmaass oonn oouurr ppllaanneett aarree tthhee ppllaassmmaass iinn llaammppss.. TThheerree aarree pprriimmaarriillyy ttwwoo ttyyppeess ooff ppllaassmmaa--bbaasseedd lliigghhtt ssoouurrcceess,, fflluuoorreesscceenntt llaammppss aanndd hhiigghh--iinntteennssiittyy aarrcc llaammppss.. FFlluuoorreesscceenntt llaammppss ffiinndd wwiiddeesspprreeaadd uussee iinn hhoommeess,, iinndduussttrryy aanndd ccoommmmeerrcciiaall sseettttiinnggss..
- 28. DDeeffiinniittiioonn AA ppaarrttiiccllee bbeeaamm iiss aann aacccceelleerraatteedd ssttrreeaamm ooff cchhaarrggeedd ppaarrttiicclleess oorr nneeuuttrroonnss ((oofftteenn mmoovviinngg aatt vveerryy nneeaarr tthhee ssppeeeedd ooff lliigghhtt)) wwhhiicchh mmaayy bbee ddiirreecctteedd bbyy mmaaggnneettss aanndd ffooccuusseedd bbyy eelleeccttrroossttaattiicc lleennsseess {{AAnn eelleeccttrroossttaattiicc lleennss iiss aa ddeevviiccee tthhaatt aassssiissttss iinn tthhee ttrraannssppoorrtt ooff cchhaarrggeedd ppaarrttiicclleess.. }},, aalltthhoouugghh tthheeyy mmaayy aallssoo bbee sseellff-- ffooccuussiinngg QQuuaassii--nneeuuttrraalliittyy ((qquuaassii,, ffrroomm tthhee LLaattiinn,, ""aass iiff"",, ""rreesseemmbblliinngg"")) ddeessccrriibbeess tthhee aappppaarreenntt cchhaarrggee nneeuuttrraalliittyy ooff aa ppllaassmmaa oovveerraallll,, wwhhiillee aatt ssmmaalllleerr ssccaalleess,, tthhee ppoossiittiivvee aanndd nneeggaattiivvee cchhaarrggeess mmaakkiinngg uupp tthhee ppllaassmmaa,, mmaayy ggiivvee rriissee ttoo cchhaarrggeedd rreeggiioonnss aanndd eelleeccttrriicc ffiieellddss.. BACK
- 29. DDeeffiinniittiioonn AA ttookkaammaakk iiss aa mmaacchhiinnee pprroodduucciinngg aa ttoorrooiiddaall mmaaggnneettiicc ffiieelldd ffoorr ccoonnffiinniinngg aa ppllaassmmaa.. IItt iiss oonnee ooff sseevveerraall ttyyppeess ooff mmaaggnneettiicc ccoonnffiinneemmeenntt ddeevviicceess,, aanndd iitt iiss oonnee ooff tthhee mmoosstt--rreesseeaarrcchheedd ccaannddiiddaatteess ffoorr pprroodduucciinngg ccoonnttrroolllleedd tthheerrmmoonnuucclleeaarr ffuussiioonn ppoowweerr.. TToorrooddiiaall IInn ggeeoommeettrryy,, aa ttoorruuss ((ppll.. ttoorrii)) iiss aa ssuurrffaaccee ooff rreevvoolluuttiioonn ggeenneerraatteedd bbyy rreevvoollvviinngg aa cciirrccllee iinn tthhrreeee ddiimmeennssiioonnaall ssppaaccee aabboouutt aann aaxxiiss ccooppllaannaarr wwiitthh aanndd nnoott ttoouucchhiinngg tthhee cciirrccllee BACK
- 30. DDeeffiinniittiioonn IInn aa ppllaassmmaa,, tthhee BBoollttzzmmaannnn rreellaattiioonn ccoonnnneeccttss tthhee eelleeccttrroonn ddeennssiittyy nnee ttoo tthhee ppllaassmmaa ppootteennttiiaall φφppll aass ffoolllloowwss:: nnee == nn00 eexxpp((eeφφppll//kkBBTTee)) TThhee rreeffeerreennccee ffoorr tthhee ppootteennttiiaall iiss ttaakkeenn ttoo bbee aa ppoossiittiioonn wwhheerree tthhee eelleeccttrroonn ddeennssiittyy iiss nn00 BACK
- 31. BACK
Hinweis der Redaktion
- Hot is relative; explained later
- Atoms have a nucleus, with electrons orbiting at different levels (acknowledge that this is greatly simplified) These particles are charged
- i.e.: can use magnets to manipulate plasma, such as in a fusion reaction Magnetohydrodynamics
- Little bit of history: Crookes called it ‘radiant matter’
- Three major characteristics: temperature, density, potentials, in order of importance
- Relative temperatures, as stated on first slide Also known as technological plasmas
- Generally ‘man-made’
- Degree of ionization is close to 100% Usually natural processes as opposed to man-made
- Also in fire
- So they allow us to make the needed approximations Navier-Stokes equations and Maxwell’s equations combine to describe electrically conducting fluids. Plasmas fit this description. These differential equations must be solved simultaneously; in all but the most trivial cases, symbolic (algebraic) solutions are impossible. Super computers have been used to find numerical solutions