Термодинамическое равновесие в плазме

Термодинамическое равновесие в плазме [c.392]

В полностью ионизированной плазме скорость процессов ионизации равна скорости процессов рекомбинации. Такое стационарное состояние совпадает с состоянием термодинамического равновесия в закрытой системе. В открытой системе энергетически неизолированной (энергия может как подводиться, так и отводиться) стационарное состояние ионизации не всегда совпадает с состоянием термодинамического равновесия. Поэтому при термодинамическом расчете плазмы должно учитываться как излучение плазмы, так и степень ее ионизации. Несмотря на многообразие явлений, сопутствующих плазме, состояние ее в настоящее время опре- [c.233]

Чем меньше по размерам термодинамическая система, тем меньше время ее релаксации. Многочисленные опыты и исследования (см. ссылки на них в [16]) показывают, что принцип локального равновесия справедлив для движущихся сплошных сред, систем, весьма далеких от термодинамического равновесия в целом. Однако, скажем, в турбулентных потоках, при быстрых процессах в плазме, в области ударных волн обычно считается, что этот принцип нарушается. [c.273]

Теория значительно упрощается, если плазму рассматривать как замкнутый ансамбль. Изолированная плазма находится в термодинамическом равновесии, и ее состояние однозначно определяется относительным содержанием в ней различных компонентов, давлением р и температурой Т. Если ограничиться простым случаем идеального одноатомного газа, плотность которого в пределах плазмы постоянна, состояние плазмы описывается следующими пятью соотнощениями. [c.228]

Рассматриваемое состояние плазмы называют состоянием локального термодинамического равновесия (ЛТР). Состояние ЛТР характерно для большинства стационарных плазм, получаемых в лабораторных условиях. [c.230]

Температуру Т, характеризующую состояние оптически тонкой плазмы в локальном термодинамическом равновесии (ЛТР), можно определить, если измерить интенсивность какой-либо из излучаемых плазмой спектральных линий в абсолютных единицах. Используя отношение интенсивностей двух линий, принадлежащих атомам или ионам одного и того же элемента, можно избежать измерения абсолютных значений при этом не требуется знание абсолютных величин концентраций атомов или ионов. [c.233]

Учитывая условия, существующие в плазме при локальном термодинамическом равновесии, можно выразить заселенность верхнего уровня через температуру Т плазмы, квантовые числа уровней и вращательную постоянную Вц, определяемую моментом инерции данной молекулы. Тогда выражение (5.22) можно представить в виде [c.245]

Относительно плазмы импульсного разряда в лампе предполагается, что она находится в состоянии локального термодинамического равновесия и однородно заполняет весь внутренний объем лампы. Давление в плазме и напряженность электрического поля считаются постоянными по сечению и длине разрядного промежутка. Эти условия соответствуют квазистационарному разряду в лампе или разряду с четко выраженной квазистационарной стадией. Они могут нарушаться на стадии развития разряда в лампе, а также при малых электрических нагрузках пред лампы, [c.71]

При высоких давлениях в плазме (более 10 мм рт. ст.) возрастает число столкновений, увеличивается обмен энергией между электронами, ионами и молекулами, в результате чего температура выравнивается и плазма становится изотермической. Механизм химических реакций в изотермической плазме не отличается от механизма реакций, протекающих при высокой температуре, полученной в системе другим способом. В этом случае можно производить расчеты на основании закономерностей термодинамического равновесия [351. [c.110]

Для плазмы в установившемся состоянии, даже не находящейся в термодинамическом равновесии, мы будем часто пользоваться условием [c.330]

Плазма имеет одну определенную температуру только в том случае, если она находится в состоянии полного термодинамического равновесия. При таких условиях плазма называется изотермной. Такое состояние имеет место при детальном равновесии, т. е. таком, при котором энергия распределяется одинаково между всеми видами частиц плазмы. Такое равновесие устанавливается в закрытых (изолированных) системах с запертым излучением, если прямой и обратный процессы протекают с одинаковой скоростью по одному и тому же пути. Так, например, если ионизация осуществляется электронным ударом [c.422]

Электрическая дуга состоит из трех областей (рис. 308) катодной области ( к), столба дуги ( с) и анодной области ( -а). Длина катодной области составляет 10 , анодной области 10- — 10 см. Столб дуги можно рассматривать как газовую плазму, находящуюся в термодинамическом равновесии. Это означает, что средние кинетические энергии частиц, из которых состоит атмосфера дуги (атомы, ионы, электроны), равны между собой. Напряженность электрического поля в столбе дуги относительно невелика, напротив, в при-электродных областях в связи с образованием объемных электрических зарядов напряженность поля резко увеличивается. [c.601]

Более того, Майоров и др. [54] методом динамики многих частиц, т.е. путем численного решения системы уравнений Ньютона для совокупности точечных зарядов в замкнутом объеме с зеркально отражающими стенками показали, что процесс рекомбинации переохлажденной плазмы сильно замедляется. В результате устанавливается стационарное состояние, отличное от термодинамически равновесного. Другими словами, без внешних шумов термодинамическое равновесие может не достигаться. [c.178]

Интенсивные исследования нелинейных волн начались лишь в 60-е годы именно тогда родились нелинейная физика плазмы, нелинейные оптика и акустика, электродинамика, физика высоких энергий (включающая физику взрыва и ударных волн). Появилась нелинейная термодинамика, описывающая переходы в системах (в частности, химических и биологических), далеких от термодинамического равновесия. [c.14]

Соотношения (4.31) показывают, что в неограниченной среде, описываемой уравнением состояния (4.23), распространение звуковой волны всегда сопровождается поглощением (мнимая часть 1/с (со)) и дисперсией (действительная часть l/ (со)), которые связаны между собой. Подчеркнем тот факт, что приведенный вывод дисперсионных соотношений (4.29) опирается только на аналитичность и ограниченность функции X (со) в верхней полуплоскости со, которые обусловлены условием причинности и стремлением среды к состоянию термодинамического равновесия. Справедливость соотношений (4.31) для функции ф(со)= 1/с(со)—1/соо, характеризующей волновой процесс в среде, кроме того, обусловлена наличием достаточно простой связи (4,30) между с(ш) и х((й), не приводящей к нарушениям аналитичности с (со) или 1/с (со). В более сложных случаях, например для электромагнитных волн в анизотропной плазме [29] или для нормальных звуковых и электромагнитных волн в слоистых средах [30], связь между параметрами среды и волновыми параметрами приводит к нарушению аналитичности последних, и дисперсионные соотношения в общем случае не имеют места. [c.55]

При Г=300 К и Р=10 Па длина свободного пробега атомов идеального газа составляет 10 см. Используя (7.128), находим, что для газов при нормальных условиях гипотеза о локальном равновесии справедлива при градиентах температуры Igrad Г <10 К/см и градиентах давления IgradPj lO Па/см. Для жидких систем представление о локальном равновесии применимо при еще больших отклонениях от термодинамического равновесия. В настоящее время принято считать, что гипотеза о. локальном равновесии применима всегда, за исключением, быть может, случая турбулентных явлений, быстрых процессов в плазме и ударных волн. [c.174]

В сварочных дугах имеются три характерные зоны — катодная, анодная и столб дуги. Столб сварочных дуг при атмосферном давлении представляет собой плазму с локальным термическим равновесием, квазинейтральностью и свойствами идеального газа. В столбе вакуумных сварочных дуг термическое равновесие может не наблюдаться, т. е. Te> Ti=Tn). С помощью физики элементарных процессов в плазме определяют потенциал ионизации газов Ui, эффективное сечение взаимодействия атомов с электронами (по Рамзауэру) Qe и отношение квантовых весов а . С использованием термодинамических соотнощений (первое начало термодинамики, уравнение Саха) определяют эффективный потенциал ионизации о, температуру плазмы столба Т, напряженность поля Е и плотность тока / в нем. [c.60]

Особенностью эволюции природных систем является наличие взаимосвязанных превращений структур разных иерархий, протекающих в различных временных шкалах. Поэтому введены представления о иерархической термодинамической системе как системе, состоящей из иерархических подсистем (взаимосвязанных в порядке структурного или какого-либо другого подчинения и перехода от низшего уровня к высшему), выделенных либо в пространстве, либо по времени установления в этих подсистемах равновесия при релаксации. Простейший пример иерархической пространственно выделенной термодинамической системы - двухфазная система пар - жидкость. Здесь каждая фаза системы - ее подсистема. Простейший пример системы, в которой подсистемы выделяются по временам релаксации, - плазма, включающая подсистемы электронов и ионов. Равновесие в каждой подсистеме последней системы устанавливается сравнигельно быстро, тогда как в системе в целом медленно, поскольку обмен энергией между подсистемами затруднен. В подобных ситуациях говорят о частично равновесных состояниях (равновесие в одной структурной гюдсистеме) и вводят различные температуры подсистем. Указанные примеры тривиальны, и термин иерархия в таких простых случаях не упо фебляется. Однако в более сложных иерархических термодинамических системах, например, биологических, содержащих много подсистем различных типов, удобно говорить о структурной и релаксационной иерархии. Так, [c.23]

Вследствие ряда специфических свойств плазмы понятие температура имеет множество определений и их многоообразие не позволяет остановиться на одном и считать его в настоящее время единственно правильным. Для плазмы, находящейся в состоянии частичного термодинамического равновесия, можно выделить электронную Tg и ионную ТI температуры. В этом случае плазма может рассматриваться как смесь электронного и ионного газов, причем распределение скоростей частиц в каждом из газов максвелловское (хотя оба газа электронный и ионный не находятся в равновесии). При достаточно высоких плотностях плазма будет находиться в состоянии термического равновесия и = Т . Такая плазма называется изотермической. При очень низких плотностях плазма не может находиться в термическом равновесии и понятие температуры к ней неприемлемо. [c.230]

Плазма как смесь частиц с различными зарядами и масса.ми находится в термодинамическом равновесии, если в ней соблюдается газокинетическое, дмссоциацнонное и ионизационное равновесие, а процесс излучения подчиняется законам излучения абсолютно черного тела. Такое состояние имеет место при равновесии, которое устанавливается в закрытых системах с запертым излучением при протекании прямых и обра тных процессов по одному и тому же пути с одинаковыми скоростями. Так, при ионизации электронным ударом А -+ с 12 А -ре -Ь е обратный процесс, (рекомбинация) должен происходить при тройных соударениях, а фотоионизации А - -/гv)T А + - -Ч- с должна соответс 1 вовать рекомбинация с излучением. [c.392]

Однако нммотря на достаточно частое отсутствие температурного равновесия между электронами и ионами в плазме, очень большой круг практических задач можно рассматривать с позиций равновесной термодинамики Для многих прикладных задач часто используется так называемое локальное термодинамическое равновесие. Под таким равновесием понимается состояние, при котором внутри каждого малого объема плазмы имеет место полное термодинамическое рав 10Е1есне, но температура является медленно меняющейся функцией координат. При этом должны выполняться условия г % X, и Т [c.394]

Важность использования понятий частичного и локального термодинамических равновесий заключается в том, что при соблюдении в плазме ус,тови11, характеризующих эти состояния, можно использовать любые термодинамические функции, рассчитанные в предположении полного термодинамического равновесия. [c.394]

При устамовленпи термодинамического равновесия степень нонн-зации плазмы зависит только от температуры и давления. Индийский физик Саха применил для анализа термодинамически равновесного процесса ионизации закон химического равновесия (закон действующих масс). Если ноны и электроны рассматривать и качестве химических веществ, а процесс ионизации — как обратимую химическую реакцию, то константу равновесия (481), характеризующую степень завершенности этое реакции, можно представить в виде отношения [c.394]

НЕУСТОЙЧИВОСТИ ПЛАЗМЫ — самопроизвольное нарастание отклонений от невозмущённого квазиста-ционарного состояния плазмы (состояния равновесия, стационарного течения и т. и.), связанное либо с пространств. неоднородностью плазмы, либо с неравновесным распределением по скоростям. С энергетич. точки зрения для возникновения Н, и, необходим нек-рый избыток свободной энергия (над термодинамически равновесной) в невозмущённом состоянии плазмы. [c.345]

Лит. Шафранов В. Д., Равновесие плазмы в магнитном поле, в сб. Вопросы теории плазмы, в. 2, М., 1963, с. 92 Арцимович Л. А,, Сагдеев Р. 3., Физика плазмы для физиков, М., 1979, гл. 2, 9 К а д о м ц е в Б. Б,, Коллективные явления в плазме, М., 1988, гл. 1, 3. В. Д. Шафранов. РАВНОВЕСИЕ СТАТИСТИЧЕСКОЕ — состояние замкнутой сгатистнч, системы, в к-ром ср. значения всех физ. величин и параметров, его характеризующих (напр., темп-ры и давления), не зависят от времени. Р. с.— одно из осн. понятий статистической физики, играющее такую же важную роль, как равновесие термодинамическое в термодинамике. Р. с. не является обычным равновесием в механич. смысле, т. к. в системе постоянно возникают малые флуктуации физ. величин около их ср. значений равновесие является подвижным, или динамическим. В статистич. физике Р. с, описывают с помощью разл. Гиббса распределений (микро-канонич., кавович. и большого канонич. распределения) в зависимости от типа контакта системы с окружающей средой (термостатом), запрещающего или разрешающего обмен с ней энергией или частицами. Статистич. физика позволяет описать также флуктуации в состоянии Р. с. [c.195]

Использование синергетических принципов при разработке новых неравновесных технологий открыло поистине фантастические возможности формирования профилей изделий и сварки путем управления тепловыми потоками при воздействии на металл концентрированными потоками энергии (КПЭ). Следует отметить, что КПЭ для обработки и сварки металлов используется уже несколько десятилетий, но при разработке технологических процессов не учитывались особые свойства системы КПЭ—металл, находящейся вдали от термодинамического равновесия. Их использование позволяет оптимизировать процессы путем доведения их до самоорганизующихся. Эти возможности связаны с тем, что при воздействии на. металл КПЭ (струи плазмы, лазерные, электронные и другие лучи) теплофизические процессы, происходящие в нем, целиком определяются температурным полем [571]. Однако вид пространственно-временной структуры при воздействии КПЗ зависит от технологических параметров. Самоорганизующиеся процессы отвечают условиям воздействия, при которых переходы устойчивость—неустойчивость—устойчивость определяются внутренними динамическими взаимодействиями между подсистемами, контролируемыми автоколебаниями. Последние относятся, как известно, к нелинейным процессам. Существенной особенностью воздействия внешней периодической силы на автоколебательную систему является существование областей синхронизации автоколебаний внеигаим периодическим сигналом. [c.359]

Для получения спектров испускания двухато.мных и простых многоатомных молекул используются различные источники света (пламена, печи, электрические дуга, газоразрядные трубки и т.д.). Наиболее просты и удобны в работе различные типы газового разряда, которые подразделяются на плазму высокого и низкого давления. Их различие состоит в том, что в плазме высокого давления все частицы находятся в термодинамическом равновесии, а в плазме низкого давления (обычно давление газа ниже 1 — 10 мм рт. ст.) равновесия между нейтральными и заряженными частицами нет нет также равновесия между поступательной энергией частиц и энергией их колебания и вращения. К первому типу разряда относятся дуговой и искровой разряды, а ко второ-.му — тлеющий и высокочастотный разряд и разряд в полом катоде. [c.133]

Такой интеграл столкновений был получен Балеску [31, Лонар-дом [4] и для слабых отклонений от термодинамического равновесия Константиновым и Перелем [5] (вывод квантового интеграла столкновений см. [6]). Сравнение полученного результата с интегралом столкновений Ландау показывает, что н формуле (55.14) учитывается тот факт, что поле движущегося заряда в плазме отличается от кулоновского поля, а соответствующее отличие определяется диэлектрической проницаемостью, характеризующей динамическую поляризуемость плазмы. [c.239]

Формула Саха. Эта формула, которая определяет соотпошепие между нейтральными и з яженными частицами в плазме, в рассматриваемом случае импульсного облучения неприменима, она справедлива лишь в стационарном случае, когда имеет место термодинамическое равновесие. [c.258]

Излучение галактического межзвездного газа, находящегося преимущественно в состоянии нейтральных атомов водорода с температурой от десятков до тысяч градусов, наблюдается в диапазоне радиоволн. Моделирование структуры и эволюции галактик и всей Вселенной тесно связано с изучением природы радиолиний нейтрального водорода и возбужденных двухатомных молекул в источниках радиоволн сверхвысокочастотного диапазона - космических мазерах, сосредоточенных в газопылевых туманностях, а также природы первичного (реликтового) излучения (Рис. 1.4.5). Обнаружение этого излучения, равномерно заполняющего Вселенную, послужило толчком к разработке концепции горячей Вселенной и теории Большого взрыва , согласно которым Вселенная в прошлом прошла стадию плотной горячей плазмы в состоянии полного термодинамического равновесия с планковскгш спектром излучения, и ее постепенное охлаждение в ходе расширения от момента сингулярности отвечает также равновесному спектру при современной температуре излучения Т=2П К Зельдович и Новиков, 1975 Дорошкевич и др., 1976). Релятивистская теория однородной изотропной [c.58]

Рассмотрим случай, когда температура электронов = 10 К. При плотности тока / меньше 10 А/см температуры электронов и тяжелых частиц практически равны, и плазму можно считать находящейся в состоянии термодинамического равновесия. При большей плотности тока температура тяжелых частиц уменьшается и становится значительно ниже температуры электронов. Из этих кривых следует, что количество энергии, передаваемой от электронов тяжелым частицам, при одних н тех же плотности тока и мало меняется при различных температурах тяжелых частиц. Следовательно, большие изменения в разности температур электронов и атом-ионного газа слабо влияют на величину энергии, передаваемой атом-ионному газу, и в связи с этим температура тяжелых частиц существенно зависит от условий теплообмена плазмы с окружающей средой или со стенкой канала плазмотрона. Следует заметить, что энергия, передавае1мая от электронов тяжелым частицам, находится в зависимости от концентрации электронов и, следовательно, в первую очередь от Т . [c.140]

Плазма — газообразное вещество, нагретое до температуры, при которой наступает заметная ионизация его атомов. При этом подразумевают, что число отрицательно заряженных частиц газа равно числу положительных частиц в единице объема (квазиней-тральная плазма) и газ находится в состоянии термодинамического равновесия. Основное отличие плазмы от ионизированного газа заключается в том, что на движение частиц в плазме влияет внешнее магнитное поле. [c.273]

Таким образом, найдя истинное значение ионного тока при t = b (что соответствует максимальному значению, линейно растущего напряжения), можно определить концентрацию электронов в плазме по выражению (1). При этом делается существенное и вполне достоверное для изотермической плотной плазмы в ударной трубе предположение о равенстве электронной температуры и температуры газа. Газодинамические параметры, в частности, температура и плотность, вычисляются при условии термодинамического равновесия численным решением уравнений сохранения на фронте ударной волны с учетом ионизации. Г1ри эгом пренебрегают тепловыми потерями, вязкостью и возбуждением атомов и ионов [13]. В заключение следует сделать некоторые замечания. [c.42]

Если система составляющих среду частиц не находится в термодинамическом равновесии (частицы имеют разную энергию, скорость, степень ионизации и т. д.), то говорить о температуре среды затруднительно. Однако если предположить, что каждая из составляющих систему подсистем частиц находится в состоянии термодинамического равновесия, то можно ввести температуру каждой подсистемы. В этом олучае для среды, состоящей из электронов и ионов (плазма), вводятся электронная и ионная температуры. В плазме температура всегда выше или равна Энергия электронов передается ионам в процессе взаимодействия, что и может привести к выравниванию температур, когда = Т, [c.166]

Другое дело установление термодинамического равновесия между электронным и ионными газами, т. е. выравнивание электронной и ионной температур. В ряде физических процессов возникает различие в температурах ионного и электронного газов, которое при стремлении системы к термодинамическому равновесию должно с течением времени исчезать. Так, например, в ударной волне, распространяющейся по плазме, в скачке уплотнения нагреваются только ионы, электроны же остаются холодными и постепенная передача энергии от ионов электронам и выравнивание их температур происходят за скачком уплотнения в течение сравнитель- [c.356]

Другой интересный вопрос к чему ведет динамический хаос Как мы теперь знаем или, лучше сказать, наконец, поняли, конечным продуктом хаоса совсем не обязательно является унылое статистическое равновесие, которое может оказаться просто неустойчивым. Классический пример этого — джинсовская неустойчивость гравитируюш,его газа, которой в конечном счете все мы обязаны как своим суш,ествованием, так и неисчерпаемым разнообразием окружающего нас мира. Аналогичные коллективные (когерентные) процессы давно и широко изучаются в плазме. Сюда же относится и так называемая химическая динамика (см. дополнение А.5). Недавно все это получило привлекательное название синергетика . С точки зрения физики такие процессы естественно называть вторичной динамикой. К ней относится по существу вся классическая механика макроскопических тел, в частности, и вся небесная механика (первичной является в этом случае молекулярная динамика). Одна из характерных особенностей вторичной динамики — ничтожное число ее степеней свободы по сравнению с первичной системой. Однако именно эти коллективные степени свободы и определяют наиболее существенную глобальную структуру системы и ее эволюцию, тогда как все остальное есть лишь некоторый общий термодинамический фон . В этом же состоит, по-видимому, и ответ на вопрос о предельном поведении динa шчв-ской системы с очень большим числом степеней свободы, который кратко обсуждается в конце 6.5. Дело здесь не столько в размере сохраняющихся областей регулярного движения, сколько в воз-люжности возникновения вторичной динамики. [c.9]

Так как реально абсолютно запрещенных (во всех порядках) переходов между микроскопическими состояниями не бывает, то подобные двухтермодинамические состояния могут осуществляться лишь как квазиравновесные в случаях, когда время наблюдения над системой значительно больше времени установления равновесного термодинамического состояния в каждой Из квазиизолированных подсистем, но меньше времени установления их взаимного равновесия. Примерами таких квазиравновесных состояний могут служить двухтемпературные состояния в плазме (ионная и электронная температуры временно не совпадают), в твердом теле или газе (не совпадают спиновая и решеточная или трансляционная температуры из которых первая может быть даже отрицательной, см. гл. 2, задача 45 данного тома), двухжидкостные состояния некоторых модельных статистических систем и т. п. [c.44]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...