Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Atom_laby / #9.DOC
Скачиваний:
16
Добавлен:
29.03.2016
Размер:
415.74 Кб
Скачать

Лабораторная работа №9. Определение температуры дугового разряда по относительным интенсивностям линий.

Плазмой называют ионизированный квазинейтральный газ с произвольной, но не очень малой степенью ионизации. Резкой границы между плазмой и нагретым газом не существует. Условно в качестве такой границы можно принять состояние газа со степенью ионизации, при которой столкновения заряженных час­тиц (кулоновские взаимодействия) играют заметную роль по сравнению со столкновениями нейтральных частиц. Требование квазинейтральности накладывает ограничение на геометрические размеры плазмы: они должны быть существенно больше среднего расстояния между частицами.

Состояние реальной плазмы, находящейся при давлении , определяется концентрациями частиц сортов (числом частиц в единице объема), их функциями распределения по скоростям , заселенностями возбужденных уровней (числом частиц в единице объема, возбужденных в состояние ) и пространствен­ным распределением этих величин.

Теоретические исследования состояния плазмы в общем слу­чае требуют составления и решения системы уравнений, связыва­ющих указанные величины с внешними условиями. Кроме матема­тических трудностей проблему осложняет отсутствие данных о ве­роятностях протекания в плазме многих процессов.

§ 2. Термодинамическое равновесие

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 и температурой . Если ограничиться простым случаем идеального одноатомного газа, плотность которого в пре­делах плазмы постоянна, состояние плазмы описывается следую­щими пятью соотношениями.

1°. Давление определяется уравнением состояния

(5.1)

где — сумма концентраций атомов, ионов и электронов, постоянная Больцмана.

2°. Распределение частиц любого -сорта по скоростям вы­ражается функцией Максвелла:

(5.2)

где - масса частиц. Функция распределения нормируется с учетом полного числа частиц в единице объема:

(5.3)

3°. Число атомов или ионов, находящихся в произвольном воз­бужденном состоянии (заселенность состояния ), определяется формулой Больцмана:

(5.4)

Здесь - заселенность основного состояния,- общая концентрация частиц данного сорта, и - статистические веса воз­бужденного и основного состояний,- энергия возбужденного состояния, отсчитываемая от уровня энергии основного состояние,- сумма по состояниям:

(5.5)

4°. В случае однократной ионизации газа концентрации атомов , ионов и электроновсвязаны между собой форму­лой Саха:

(5.6)

где - масса электрона,- энергия ионизации,и - суммы по состояниям ионов и атомов.

5°. Спектральная яркость излучения плазмы в интервале длин волн от до определяется формулой Планка:

(5.7)

Для реального газа необходимо учитывать взаимодействие частиц друг с другом. Однако если энергия взаимодействия, приходящаяся на одну частицу, много меньше ее кинетической энер­гии, можно пользоваться приведенными выше соотношениями.

Соседние файлы в папке Atom_laby