等離子體性質

等離子體的性質:

等離子態常被稱為“超氣態”,它和氣體有很多相似之處,比如:沒有確定形狀和體積,具有流動性,但等離子也有很多獨特的性質。等離子體中的粒子具有群體效應,只要一個粒子擾動,這個擾動會傳播到每個等離子體中的電離粒子。等離子體本身亦是良導體。

電離

等離子體和普通氣體的最大區別是它是一種電離氣體。由于存在帶負電的自由電子和帶正電的離子,有很高的電導率,和電磁場的耦合作用也極強:帶電粒子可以同電場耦合,帶電粒子流可以和磁場耦合。描述等離子體要用到電動力學,并因此發展起來一門叫做磁流體動力學的理論。

組成粒子

等離子體:自由電子-和一般氣體不同的是,等離子體包含兩到三種不同組成粒子:自由電子,帶正電的離子和未電離的原子。這使得我們針對不同的組分定義不同的溫度:電子溫度和離子溫度。輕度電離的等離子體,離子溫度一般遠低于電子溫度,稱之為“低溫等離子體”。高度電離的等離子體,離子溫度和電子溫度都很高,稱為“高溫等離子體”。 相比于一般氣體,等離子體組成粒子間的相互作用也大很多。

速率分布

一般氣體的速率分布滿足麥克斯韋分布,但等離子體由于與電場的耦合,可能偏離麥克斯韋分布。

等離激元

表面等離激元(surfaceplasmon)效應–實驗里我們把金屬的微小顆粒視為等離子體(金屬晶體因為其內部存在大量可以移動的自由電子—-帶有定量電荷,自由分布,且不會發生碰撞導致電荷的消失—-因此金屬晶體可以被視為電子的等離子體),由于金屬的介電系數在可見光和紅外波段為負數,因此當把金屬和電介質組合為復合結構時會發生很多有趣的現象。

當光波(電磁波)入射到金屬與介質分界面時,金屬表面的自由電子發生集體振蕩,如果電子的振蕩頻率與入射光波的頻率一致就會產生共振,這時就形成的一種特殊的電磁模式:電磁場被局限在金屬表面很小的范圍內并發生增強,這種現象就被稱為表面等離激元現象。這種電磁場增強效應能夠有效地提高分子的熒光產生信號,原子的高次諧波產生效率,以及分子的拉曼散射信號等。在宏觀的尺度上這一現象就表現為在特定波長,狀態下的金屬晶體的透光率的大幅提升。

等離子清洗機

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