Плазма

Кадр 1

ПЛАЗМА

Кадр 2

ПЛАЗМА— ЧЕТВЕРТОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА

Кадр 3

В древности люди представляли себе мир, состоящим из четырёх стихий – камня, воды, воздуха и огня.

Кадр 4

В этих представлениях нашли отражение начальные знания о состояниях вещества. Камень, вода и воздух соответствуют твёрдому, жидкому и газообразному состоянию. А огонь?

Кадр 5

Плазма – ионизированный газ. Оно состоит из нейтральных атомов, положительных ионов и электронов и представляет собой как бы смесь трёх газов: атомного, ионного и электронного.

Кадр 6

Это и есть четвёртая стихия, четвёртое состояние вещества, получившее название плазмы, что в переводе с греческого значит „вылеплено“. Не правда ли, картина напоминает вылепленную мозаику?

Кадр 7

Температура обычного пламени сравнительно невелика – всего около полутора тысяч градусов.

Кадр 8

При такой температуре ионизирована лишь небольшая часть атомов, причём, как правило, – только однократно. Это – характерная особенность так называемой низкотемпературной плазмы (T < 100 000° К).

Кадр 9

А в недрах Солнца и звёзд температура достигает десятков и сотен миллионов градусов. В этих условиях ионизированы почти все атомы вещества.

Кадр 10

При столь высоких температурах преобладает многократная и даже полная ионизация. Это высокотемпературная плазма. Положительный заряд ионов равен отрицательному заряду свободных электронов, и в целом плазма электронейтральна.

Кадр 11

В состоянии плазмы находятся звёзды, газовые туманности, межзвёздное рассеянное вещество. Плазма — основное состояние вещества во Вселенной.

Кадр 12

ПЛАЗМА В МАГНИТНОМ ПОЛЕ Специфические свойства плазмы проявляются главным образом в особенностях её поведения в электрическом и магнитном полях.

Кадр 13

На заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле, действует сила Лоренца. Поскольку она перпендикулярна вектору скорости, энергия заряженных частиц не изменяется. Стало быть, магнитное поле не может быть причиной повышения температуры плазмы.

Кадр 14

Сила Лоренца служить центростремительной силой, вызывающей движение частиц по круговым орбитам в плоскостях, перпендикулярных линиям индукции.

Кадр 15

Если заряженная частица движется не перпендикулярно линиям индукции, то вектор скорости U можно разложить на поперечную U₁ и продольную U╨ составлющие.

Кадр 16

Поперечная составляющая скорости Ṿ₁ вызывает силу Лоренца и движение частиц вокруг линии индукции.

Кадр 17

По направлению же вектора U„ частицы сохраняют движение по инерции. В результате они движутся по винтовым линиям.

Кадр 18

Так выглядит движение заряженных частиц плазмы в однородном магнитном поле. А как сназывается на движении этих частиц неоднородность магнитного поля?

Кадр 19

В неоднородном магнитном поле вектор магнитной индукции В в любой точке винтовой траектории заряженной частицы можно разложить на две составляющие: параллельную оси винтовой линии – B„ и перпендикулярную этой оси B₁.

Кадр 20

Составляющая B„ создаёт радиальную силу Лоренца F₁, являющуюся причиной обращения частиц вокруг линий индукции.

Кадр 21

Составляющая В₁ создаёт силу Лоренца F₂, направленную в сторону более слабого поля.

Кадр 22

В результате движущася по винтовой линии частица как бы отражается от области сильного магнитного поля.

Кадр 23

Заряженные частицы, испускаемые Солнцем, попадая в магнитное поле Земли, движутся в нём по винтовым траекториям вдоль линий индукции. Они отражаются от областей повышенной магнитной индукции вблизи геомагнитных полюсов.

Кадр 24

Имея высокую энергию, эти частицы ионизируют молекулы воздуха, и поэтому Земля, как показали исследования, проведённые при помощи искусственных спутников, окружена так называемым радиационным поясом, представляющим собой плазму.

Кадр 25

Процессы ионизации и возбуждения молекул особенно интенсивны вблизи магнитных полюсов на сравнительно небольшой высоте. Здесь часто наблюдается свечение верхних слоёв атмосферы.

Кадр 26

Это – полярное сияние, разгадка которого занимала людей с древних времён.

Кадр 27

ПЛАЗМА В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ. ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ПЛАЗМА

Кадр 28

Электрическое поле, действуя на заряженные частицы силой F=Eq.

Кадр 29

вызывает направленный дрейф этих частиц. Электроны, обладая меньшей массой, чем ионы, получают большее ускорение и имеют большую длину свободного пробега.

Кадр 30

Электронный газ в основном и обеспечивает высокую электропроводность плазмы. Даже низкотемпературная плазма по электропроводности не уступает металлам.

Кадр 31

Электрическое поле совершает работу над заряженными частицами и увеличивает их энергию. Имея большую длину свободного пробега, электроны в электрическом поле приобретают большую энергию, чем ионы (Δ We > Δ Wi).

Кадр 32

При столкновениях с нейтральными атомами электроны в некоторых случаях вызывают их ионизацию.

Кадр 33

Но чаще происходят упругие столкновения. Энергия направленного движения электронов превращается в энергию их хаотического движения. Повышается температура электронного газа.

Кадр 34

При упругих соударениях электроны передают атомам или ионам лишь небольшую долю своей энергии (из-за большого различия в массах). Поэтому в газоразрядной плазме электронный газ имеет более высокую температуру, чем атомный и ионный.

Кадр 35

МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ И ЭЛЕКТРОПЛАЗМЕННЫЕ РАКЕТЫ Ещё в прошлом веке английский физик В. Кельвин высказал идею безмашинного генерирования электрического тока. Это проект так называемого магнитогидродинамического генератора (МГДГ).

Кадр 36

Вот как он выглядит. По берегам канала, в котором течёт морская вода, устанавливаются электроды. Вертикальная составляющая магнитного поля Земли отклоняет положительные ионы к одному электроду, а отрицательные – к другому. К выводам электродов подключается нагрузка.

Кадр 37

Однако такая установка не может представить практического интереса. Ввиду малой скорости потока и небольшой величины магнитной индукции естественного поля Земли сила тона получилась бы весьма незначительной.

Кадр 38

Новую жизнь идея Нельвина обрела в наше время: в сильном магнитном поле между полюсами электромагнитов пропускается быстрый поток плазмы.

Кадр 39

Положительные ионы движутся к одному электроду, а электроны — к другому.

Кадр 40

Энергія генерируемого электрического тока получается за счёт торможенія плазменной струи магнитным полем. Расчёты показывают, что к.п.д. МГДГ можно будет довести до 98–99%.

Кадр 41

К МГД-установке применим принцип обратимости. Если через плазму пропускать электрический ток от постоянного источника, то магнитное поле будет ускорять плазменный поток. Этот принцип лежит в основе действий электроплазменных двигателей.

Кадр 42

Большая скорость истечения ускоренной плазмы позволяет получить заданную силу тяги при меньшем расходе вещества, что весьма важно в условиях космического полёта.

Кадр 43

Диафильм сделан по заказу Министерства просвещения РСФСР для физико-математических школ и классов и факультативных занятий Автор Г. ЛИСЕНКЕР Художник А. КИРИЛЛО Художественный редактор Л. УСАЙТИС Редактор В. ЧЕРНИНА Д-358-67 Б05553 Студия «Диафильм», 1967 г. 101000, Москва, Центр, Старосадский пер., д. № 7 Цветной 0-30

Кадр 44

ПЛАЗМА, ЕЕ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ В ТЕХНИКЕ Диафильм по физике для IX–X кл.