پلاسما در میدان الکتریکی

اهداف درس:

• آشنایی با رفتار پلاسما در میدان های تولید شده توسط خود
• آشنایی با رفتار پلاسما در میدان الکتریکی
• بررسی قانون اهم در پلاسما

شرح درس:

در این درس می خواهیم اثر میدان الکتریکی را بر پلاسما، بررسی نماییم...

حال این میدان الکتریکی ممکن است توسط خود پلاسما ایجاد شود و بر پلاسما اثر بگذارد و یا اینکه میدان الکتریکی خارجی بر پلاسما اثر کند.

همان طور که می دانید وقتی یک میدان الکتریکی روی یک تک ذره ی باردار اثر کند، نیرویی در امتداد میدان بر آن وارد می شود. (مانند شکل بالا) در نتیجه، هنگامی که پلاسما در میدان الکتریکی قرار می گیرد، نیرویی بر تمام ذرات باردار آن وارد می شود و شارش  پیوسته ای از حرکت ذرات باردار در آن ایجاد می شود.

در این حالت ذراتی که دارای بار مثبت هستند در جهتی حرکت خواهند کرد که خلاف جهت الکترون ها در پلاسما می باشد.

شاید عجیب به نظر برسد اما شارش ذرات باردار پلاسما در میدان الکتریکی پایاست. و نیروی وارد بر هر ذره درون پلاسما پیوسته است، پس ذرات می بایستی به طور پیوسته شتاب بگیرند.

شتاب ذرات پیوسته نیست و علت آن، این است که حداقل در میدان های متوسط، ذرات متحرک با ذرات بدون بار داخل پلاسما برخورد می کنند و پس از مدت کوتاهی، قسمت عمده ای از انرژی خود را از دست می دهند. به همین جهت، حرکت ذره به این صورت است که ابتدا برای مدت کوتاهی شتاب می گیرد، بعد از آن بر اثر بر خورد با ذره ی دیگر انرژی کسب می کند و دوباره انرژی می گیرد و به حرکت در می آید. 

اثر این حرکت جهشی، در تعداد بسیار زیادی ذره منجر به حرکتی می شود که درمجموع عملاً یکنواخت است

اندازه جریان برقرار شده در پلاسما در این حالت با شدت میدان الکتریکی به کار رفته متناسب است. این یک اثر معمولی است که به افتخار جرج اهم که آن را در قرن نوزدهم کشف کرد، (البته برای فلزها، نه برای پلاسما) قانون اهم نامیده می شود.

هنگامی که دمای پلاسما خیلی بالاست و یا میدان الکتریکی به کار رفته، خیلی قوی تر باشد، اثر دیگری مشاهده می شود، آزمایش نشان می دهد که فاصله ی متوسط که ذره در میان دو برخورد طی می کند، به سرعت آن بستگی دارد.

لذا هر چه سرعت بیشتر باشد، این فاصله نیز به نوبه ی خود بزرگتر خواهد بود. از این رو ذراتی که با سرعت زیاد حرکت می کنند، باز هم از میدان الکتریکی انرژی می گیرند و سرعت آن به مقدار بسیار زیادی افزایش می یابد.

وقتی که بقیه شرایط درست باشد، می توان با میدان های الکتریکی نسبتاً متوسط جریان های بسیار بالایی تولید کرد. در این حالت قانون اهم برقرار نیست، زیرا جریان حاصل خیلی بیشتر از جریان پیش گویی شده توسط این قانون است. 

مرکز یادگیری سایت تبیان

تهیه: ستاره نوربخش - تنظیم: یگانه داودی