خنثی بودن و پلاسمایی

دانلود پایان نامه

حرکت تک ذره در پلاسما
حرکت تک ذره در پلاسما
2-1 تعریف فضای پلاسمایی
پلاسما عبارت از گازی از ذرات باردار است که تعداد مساوی از حاملین بار مثبت و منفی آزاد را شامل می شود. وجود تقریبی تعداد یکسانی از بار با علامتهای متفاوت در یک عنصر حجمی باعث میشود که پلاسما در حالت پایدار شبه خنثی باشد. به طور متوسط جلوه خارجی یک پلاسما خنثی بودن الکتریکی آن است.چرا که میدانهای الکتریکی ناشی از ذرات باردار که توزیعی اتفاقی دارند متقابلاً حذف میشوند.
ذرات پلاسما از طریق بارشان با میدان الکتریکی و مغناطیسی ارتباط مییابند و این پیوند به حرکتشان تأثیر میگذارد.در شرایطی که ذرات باردار به طور مستقیم با یکدیگر برهمکنش انجام نمیدهند و میدان مغناطیسی خارجی اثر قابل ملاحظهای بر آنها ندارد به حرکت هر ذره تکی میتوان به طور مستقل پرداخت. گذشته از این میدان مغناطیسی خارجی باید تا اندازهای قوی بوده و به مراتب بزرگتر از میدان مغناطیسی حاصل از جریان الکتریکی ناشی از حرکت ذره باردار باشد.
دو نوع پلاسما را از هم متمایز میکنیم :
نوع برخوردی
نوع غیر برخوردی
در نوع غیر برخوردی تعداد برخوردها در مقایسه با تغییرات مربوط به میدانها یا دینامیک ذره به قدری نادرند که با اطمینان میتوان از آنها چشمپوشی کرد. بیشتر پلاسماهای فضایی از این نوعند.
در پلاسمای نوع اول برخوردها به حد کافی فراوانند تا بتوانند پلاسما را تحت تأثیر قرار داده و یا حتی بر رفتار آن حاکم شوند.
پلاسماهای برخوردی را نیز میتوان به دو دسته تقسیم کرد، پلاسماهای قسماً یونیده و پلاسماهای کاملاً یونیده.
پلاسمای با یونش جزیی شامل تعداد زیادی از اتمها یا مولکولهای خنثی باقی ماندهاند، در حالیکه پلاسماهای با یونش کامل فقط شامل الکترونها و یونها هستند.
در پلاسماهای یونیده جزیی اکثر برخوردها بین ذرات باردار و ذرات خنثی رخ میدهد. حضور ذرات خنثی صرفاً به صورت موانع فشرده سنگین بر حرکت ذرات باردار اثر میکنند. بنابراین برخوردهای بین یک ذره باردار و یک ذره خنثی را میتوان به صورت برخورد سربهسر تلقی کرد. فرکانس برخورد خنثی () که تعداد برخوردها در ثانیه بوده و بنابراین متناسب با تعداد ذرات خنثی واقع در ستونی به سطح مقطع یک اتم یا یک مولکول، یعنی است که چگالی ذره خنثی و سطح مقطع مولکولی است و حال با سرعت میانگین ذرات باردار برابر با خواهیم داشت:
(2-1)
که آنرا فرکانس برخوردی لازم مینامند.
در پلاسماهای کاملاً یونیده ذرات باردار از طریق میدانهای کولنی الکتریکی خودشان برهمکنش میکنند. وجود این میدانها ایجاب میکند که ذرات در فواصل بین ذرهای خیلی بزرگتر از شعاعهای اتمی، انحراف یابند. بنابراین پتانسیل کولنی مورد بحث سطح مقطع ذرات برخوردی را افزایش دهد. اما در عین حال انحرافهای تحت زوایای کوچک را ترجیح میدهد.
فرکانس برخوردی کولنی در یک پلاسمای کاملاً یونیده برابر است با :
(2-2)
که سطح مقطع برخوردی کولنی است.
2-2 رسانایی پلاسما
وجود برخوردها ایجاب میکند که به معادله حرکت که بیانگر ذره باردار تحت تأثیر نیروهای کولنی و لورنتزی قرار دارند یک جمله برخوردی افزوده شود. با فرض اینکه همه عوامل ذیسهم در برخورد میباید با سرعت در حرکت باشند، لذا برای یک ذره باردار در حال حرکت با سرعت رابطه زیر بهدست میآید:
(2-3)
جمله برخوردی در سمت راست، اتلاف اندازه حرکت از طریق برخوردهای واقع شده با فرکانس را بیان میکند، که آنرا جمله اصطکاکی مینامند، زیرا مانع حرکت میشود.
2-3 پلاسمای نامغناطیده