【实验室设备定制公司】等离子体状态分析和基本参量

     气体放电等离子体作为物质的第四态，其物性及规律与固态、气态、液态各不相同。我们知道，气体放电等离子体是由电子、各种粒子、原子等组成的，远比气体、液体、固体复杂，其中发生着大量各不相同的基本过程。实验室设备定制公司对于这种基本内部过程复杂的电离气体的状态分析是研究放电等离子体的前提。

       理想封闭腔体的等离子体可以认为是处于完全热力学平衡状态的。这里等离子体和腔壁具有相同的恒定温度，这种状态的等离子体只需要用到较少的的几个参量就可以完整的描述。这些参量是等离子体的温度、气压、带电粒子密度以及有关元素的密度等。它们都是热力学变量，相互之间的关系服从沙哈方程。

       对于上述的等离子体如果把腔壁移走，由于辐射和热传导的损耗，要使等离子体达到稳定状态必须采用加热办法去补偿这些能量的损耗。这是一个比较现实的等离子体，可是这种等离子体就不能认为是处于热力学平衡状态了，即使对于这种稍微偏离热力学平衡的等离子体，就要用到很多参量才能加以描述。例如粒子运动的每个自由度就要有一个分布函数，该分布函数随空间位置而变，对于非稳态的等离子体，分布函数还是时间的函数。

       气体放电等离子体中发生着大量的基本过程，完整地表征它的状态相当困难。实验室设备定制公司在处理问题时只能根据具体情况，用简单的办法突出主要过程。当然，如果在等离子体中发生的相互作用正逆过程越全，发生的次数越多，那么这个等离子体就越接近热力学平衡状态。在粒子运动的各个自由度间交换能量越频繁，那么相应的分布函数就越接近玻尔兹曼分布，这就存在着一个表征该分布函数的参量——局部温度，这在统计热力学中是被证明了的。等离子体越接近热力学平衡，就越不需要详细了解它们中发生的基本过程及截面。对于热力学平衡状态的等离子体，其参量可以用沙哈方程、玻尔兹曼方程和状态方程等关系式去计算。在计算中，理想状况是要求等离子体是均匀的，且它的辐射场是黑体型的。事实上这种热力学平衡的等离子体在实验室中几乎很难获得，只有在星球内部或者金氏电炉和高气压电弧放电中才可能存在。

       一般人造的等离子体（尤其是低气压放电等离子体），大部分是远离热力学平衡状态的。根据具体情况，可以把他们分为局部热力学平衡状态、部分热力学平衡状态以及非局部热力学平衡状态等。

       在一般情况下，简单的单一元素的等离子体是三种粒子的混合物。这三种粒子是电子、离子和中性原子。通常情况下，电子和离子具有相同的密度，这就意味着宏观上等离子体呈现电中性，这中电中性特征是由等离子体中带电粒子本身作用的性质所决定的。三种粒子的密度分别为ne、ni、na，电离之前原子的密度为n。

       等离子体平衡状态可以用三个参量来表征：

       ①.电离度（某种带电粒子密度与电离前原子密度的比值）

        χ=ne/n=ni/n

       ②.带电粒子密度（电子或离子的密度）

          ne、ni

       ③.温度

         T，在热力学平衡条件下Te=Ti=Ta,在非热力学平衡条件下有Te＞Ti＞Ta

       这里各粒子有它们自身的能量数值，即有他们自身的温度数值。

       在完全热力学平衡的等离子体中，上述三个参量不是孤立的，他们应该沙哈方程，等离子体的电离度取决于带电粒子的密度和温度。

       对于大多数等离子体来说，气体的电离由外电场决定，该气体并不处于热力学平衡状态，当然这种气体还是可能达到某一稳定状态的。对于没有达到热力学平衡的，但处于稳定状态的等离子体来说，就得用下列五个参量来表征，它们是χ、n、Te、Ti、Ta。

       当外电场被拟制时，上述等离子体的三个温度可通过粒子间频繁的相互作用而在很短的时间趋于同一数值，即等离子体可以从非热力学平衡状态过渡到热力学平衡状态。由于带电粒子在这种状态过渡中是从电场激励转向热电离的，等离子体的电离度几乎仍旧维持在原来的数值上。实验室设备定制公司在实际遇到的等离子体中，χ的变化可以从10-10变化到1.根据电离度数值的大小，通常把天然的或人造的等离子体分为两大类：一类是弱电离气体等离子体，它们的χ＜10-4;另一类是强电离等离子体，它们的χ＞10-4。