ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Глава двенадцатая Фазовые переходы и критические явления Классификация фазовых переходов. Фазовые переходы первого рода. Уравнение Клапейрона — Клаузиуса из "Термодинамика " Высокоионизованный газ, большинство частиц которого электрически заряжено противоположными зарядами, так что полный заряд равен нулю, называется плазмой. [c.214] Такое состояние вещества встречается в звездах, в ионосфере Земли, при газовом разряде, в газах, нагретых до очень высокой температуры, в пламени, при взрывах и т. д. [c.215] Плазма во многих отношениях резко отличается от обычного газа, обнаруживая в некоторых явлениях сходство с электролитами и твердыми проводниками (металлами, полупроводниками), и обладает рядом специфических свойств, вследствие чего ее называют четвертым состоянием вещества. [c.215] Эти особенности плазмы определяются в основном дальнодей-ствующим характером электрических сил взаимодействия между составляющими ее частицами. Действительно, в то время как в обычном газе потенциал Ф межмолекулярных сил быстро спадает с расстоянием г (в случае ван-дер-ваальсовых сил притяжения Ф 1/г ) и движущиеся частицы заметно взаимодействуют только во время ударов, потенциал взаимодействия между частицами плазмы изменяется по закону Кулона обратно пропорционально первой степени расстояния Фе 1/г, что приводит к взаимодействию частиц и на больших расстояниях (и поэтому к длительному взаимодействию). [c.215] Таким образом, каждая частица одновременно взаимодействует с целым коллективом соседних частиц и, следовательно, плазма представляет собой, по существу, не газ, а своеобразную систему, стянутую дальнодействующими силами. Благодаря дальнодействию кулоновских сил и большой подвижности легких электронов в плазме определяющую роль играют коллективные процессы, т. е. колебания и волны различных типов. [c.215] Большая часть наших знаний о плазме получена из исследований газового разряда. В настоящее время интерес к изучению плазмы резко возрос в связи с проблемой энергетического использования термоядерных реакций синтеза легких ядер, а также в связи с использованием плазмы в качестве пара (рабочего вещества) в МГД-генераторах. При большой температуре газа, когда он находится в. состоянии плазмы и частицы движутся с большими скоростями, становятся возможными преодоление кулоновского потенциального барьера при столкновениях атомных ядер и их синтез. Практически особо важное значение представляет возбуждение термоядерных реакций в дейтерии, так как в этом случае такие реакции должны идти при относительно меньших температурах (Г 10 К). Горение ядер дейтерия в результате их синтеза в а-частицы приводит к выделению большой энергии. [c.215] Для получения полностью ионизованной плазмы необходимо нагреть газ до такой температуры Г, чтобы средняя энергия теплового движения атома была равна или больше энергии его ионизации I (условие полной ионизации)-. [c.216] Для достаточно разреженной плазмы, когда концентрация частиц и l0 м , эта температура Г%3-10 К. [c.216] Таким образом, при температуре полной ионизации плазмы (Г 10 К) плотность энергии излучения в ней становится преобладающей. Это приводит к весьма важному, практически нежелательному при термоядерных реакциях следствию — трудности адиабатной изоляции такой плазмы. [c.216] Давление и энтропия плазмы меньше, чем идеального газа, что объясняется преобладанием в ней сил притяжения. Теплоемкость же плазмы больше теплоемкости идеального газа, что физически также ясно при повышении температуры плазмы приходится затрачивать энергию не только на увеличение кинетической энергии хаотического движения ее частиц, но и на увеличение средней потенциальной энергии взаимодействия между частицами вследствие изменения около каждой частицы облака противоположно заряженных частиц. [c.218] При концентрации и=10 электронов в плазме собственная частота колебаний плазмы равна Оо = 5 Ю с что соответствует дециметровым волнам. [c.220] Впервые наличие колебаний в плазме было установлено в 1906 г. Рэлеем и независимо в 1929 г. И. Ленгмюром, получившим формулу (10.87) для частоты oq (которая поэтому называется ленгмюровской частотой колебаний плазмы). [c.220] Определить, какая часть э. д. с. элемента доставляется тепловым резервуаром и чему равна теплота реакции при 25 С. [c.220] Рассматривая равновесие соприкасающихся фаз гетерогенной системы, мы не учитывали до сих пор особых свойств поверхности раздела и их влияния на равновесие. Мы считали, что энергия и и энергия Гельмгольца F системы, состоящей из двух или нескольких фаз, равны сумме энергий или энергий Гельмгольца отдельных фаз. [c.223] В поверхностном слое фазы толщиной порядка радиуса молекулярного взаимодействия (1 нм) молекулы взаимодействуют не только с молекулами своей фазы, но и с близлежащим слоем чужой фазы, поэтому физические свойства слоя отличаются от свойств внутри (в объеме) фазы. [c.223] Так как поверхность тела растет пропорционально квадрату размеров этого тела, а объем— пропорционально кубу этих размеров, то для больших тел поверхностными эффектами по сравнению с объемными можно пренебречь. [c.223] Однако если вещество находится в мелкораз-дробленном состоянии, то такая система обладает развитой поверхностью и поэтому пренебрежение поверхностными эффектами может в этом случае привести в результатах вычислений к существенным погрешностям. [c.223] Термодинамика поверхностных явлений была развита Гиббсом. Он принимал поверхностный слой за новую поверхностную фазу , отличную от объемных фаз тем, что ее толщина чрезвычайно мала по сравнению с протяженностью в двух других измерениях, и поэтому рассматривал поверхностный слой как геометрическую разделяющую поверхность, применяя к ней общие термодинамические уравнения. [c.223] Что же касается давлений в фазах, то, так как теперь на границе учитываются силы поверхностного натяжения, равновесие между фазами наступает, вообще говоря, при разных давлениях в фазах. Найдем это условие механического равновесия в системе из двух фаз жидкость ( ) и пар ( ), исходя из минимума свободной энергии при onst и F= onst. [c.224] Вернуться к основной статье