Основные параметры плазмы
Как известно, плазма состоит из заряженных и нейтральных частиц. Положительно заряженными частицами плазмы являются положительные ионы (газовая плазма) и дырки (плазма твердого тела), а отрицательно заряженными частицами - электроны и отрицательные ионы.
Состав нейтрального компонента плазмы может быть достаточно сложным: помимо атомов и молекул, находящихся в нормальном состоянии, в плазме в гораздо большем количестве могут присутствовать атомы и молекулы в различных возбужденных состояниях. Но поскольку плазма - это ионизованный газ, для ее описания используются те же понятия, что и для обычного газа.
Введем основные параметры плазмы, исходя из простых молекулярно-кинетических представлений. Прежде всего необходимо
знать концентрацию (плотность) частиц разного сорта на, м 3 (индекс а означает сорт частиц). Далее все величины, относящиеся к электронам плазмы, будем обозначать с индексом е, к ионам - с индексом /, а к нейтральным частицам - с индексом а. Если в плазме присутствуют ионы нескольких сортов, следует задавать отдельно концентрацию ионов каждого сорта. Состав плазмы удобно также характеризовать безразмерным параметром - отношением концентрации электронов к сумме концентраций нейтральных частиц и
пе
электронов, или степенью ионизации % =-------------- —. По степени иони-
па + пе
зации плазму обычно подразделяют на слабо ионизованную (% <
<10 ) и полностью ионизованную (% —► 1), т. е. плазму, состоящую только из заряженных частиц.
Частицы, образующие плазму, находятся в состоянии хаотического теплового движения.
Рис. 2.6. Функция Максвелла - Больцмана распределения электронов в плазме по скоростям |
Для характеристики этого движения вводят понятие температуры плазмы в целом Т или отдельных ее компонентов - частиц сорта а - Та. Температура плазмы вводится в предположении, что плазма в целом находится в состоянии термодинамического равновесия, а функции распределения частиц всех сортов по скоростям V являются
максвелловскими с одной и той же температурой Г; в этом случае плазма называется изотермической. Гораздо чаще в плазме имеется частичное термодинамическое равновесие, когда отдельные ее компоненты имеют максвелловские распределения по скоростям с различными температурами. Такая плазма является неизотермической.
В частности, распределение электронов по модулям скоростей описывается выражением:
2 'N
(2.1) |
exp |
2пкТс |
2кТ„ |
е / |
fe(v) = 4Tiv |
-23
где А: = 1,38 -10 Дж/К - постоянная Больцмана; Те - температура электронов, К; v - скорость хаотического теплового движения электронов, м/с.
График функции fe{v) приведен на рис. 2.6. Аналогичный вид имеют функции распределения по скоростям и для других частиц. Максимум функции fe{v) определяет наиболее вероятную скорость
(2.2) |
2кТ„
Диоксид титана ТІО2 (Тпя = 2123 К; р = 4200 кг/м ) - кислотный оксид, образующий с основными оксидами легкоплавкие подвижные комплексы - титанаты. Способствует получению короткого шлака, обладающего высокой газопроницаемостью. Не растворим в сталях.
Фосфорный ангидрид Р2О5 - кислотный оксид, образующий комплексные соединения с СаО, а также с другими оксидами. Не растворим в металлах.