奇妙的物質第四態——電漿 | 台灣精品獎-歷屆得獎名單
![奇妙的物質第四態——電漿](https://i.imgur.com/DERULla.jpg)
1991年9月5日—雖然宇宙空間充滿電漿,而且在現代工業生產中也漸漸地廣泛應用,但大多數人對「電漿」可能顯得比較生疏,或許還有幾分神秘,這主要是因為在地球表面, ...
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電漿的基本特性
電漿與固體、液體和氣體最大的不同是,後者是由中性原子組成,而前者是由帶電的離子和電子組成。原子不產生電場,運動時也不會產生磁場。在電漿中就不一樣,組成電漿的粒子(電子和離子)有自己的電場,運動時會產生磁場,也會受到電磁場的影響。結果,相距很遠的兩個粒子,不必碰撞就可發生相互作用。同時,電磁場的運動和粒子的運動強烈耦合,結果就使電漿具有集體行為。也就是說,在電漿中,雙體碰撞不起主導作用,集體行為起決定作用。這是電漿的第一個基本特性。集體行為的研究在現代物理學的發展中很重要。
要了解電漿的第一個基本特性,需要先了解電漿的第二個基本特性︰電漿具有屏蔽外加電場而保持自身為電中性的能力。如果將兩塊連到電池兩端的平板放入電漿中,則連接正極和負極的平板將分別吸引電子和離子。結果,電場只存在於平板周圍的一個厚度為德拜屏蔽長度的薄層內,而在電漿的其他部分,平板所產生的電場趨近於零。這種屏蔽效應稱為德拜屏蔽(Debye shielding)。瀕臨平板邊界數個德拜屏蔽長度厚的薄層,一般稱為鞘層。
這種德拜屏蔽效應也發生於電漿中電子對於離子電場的屏蔽。存在德拜屏蔽效應而保持近似電中性是電漿的第二個基本特性。只有當電離氣體系統的尺度遠大於德拜屏蔽長度,而且德拜屏蔽層內的帶電粒子數足夠多時,該系統才會具有電漿的第二個特性。當上述條件產生時,電漿粒子的動能遠大於雙體碰撞的平均位能,集體作用的遠距電磁場對於電漿行為起主要作用,使得電漿具有第一個基本特性。
電漿的第三個特性是每一個電漿系統都有一個固有頻率,稱為電漿頻率。一束電磁波打到電漿的表面,如果電磁波的頻率小於電漿頻率,則該電磁波就會被屏蔽在外面而進不了電漿。其道理很簡...
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