Дебаевский радиус экранирования. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Дебаевский радиус экранирования впервые был введён в 1923 П. Дебаем (P. Debye) в развитой им теории сильных электролитов. С учётом экранировки электрич. потенциал

, создаваемый вокруг заряж. частиц с зарядом Ze (е - заряд электрона, Z - атомный номер) на расстоянии r, определяется соотношением:

Характерную величину дебаевского радиуса экранирования в плазме можно оценить следующим образом. Полное разделение зарядов в равновесной плазме (в к-рой температуры T электронов и ионов равны) происходит, если потенц. энергия взаимодействия частиц

по порядку величины равна тепловой энергии движения частицы kT/2 в направлении разделения

. При смещении слоя электронов плотности п относительно ионов на величину r потенц. энергия взаимодействия

. Приравнивая её тепловой энергии частицы, получим оценку величины расстояния r, на к-ром возможно разделение зарядов в равновесной плазме; это и есть дебаевский радиус экранирования

. Величина дебаевского радиуса экранирования зависит от свойств среды: концентрации заряж. частиц, их массы, величины заряда и скорости. Дебаевский радиус экранирования мал по сравнению с пространственными размерами плазмы, и она в целом является квазинейтральной. Нарушение квазинейтральности возможно в слоях толщиной порядка дебаевского радиуса экранирования. Такие слои возникают, например, в пограничных областях при контакте плазмы с твёрдым телом. Отрицат. потенциал в таких слоях препятствует уходу электронов из объёма плазмы на поверхность твёрдого тела.

Если плазма неравновесна, то характерный масштаб области разделения зарядов может существенно превышать дебаевский радиус экранирования. Напр., в волнах пространственного заряда (см. Ленгмюровские волны) разделение зарядов происходит на размерах, сравнимых с длиной волны, к-рая может быть больше дебаевского радиуса экранирования. В плазме с током возможно такое пространственное разделение зарядов (т. н. двойной электрический слой), характерный размер к-рого может достигать десятков дебаевских радиусов экранирования.

Дебаевский радиус экранирования - максимальный прицельный параметр, на к-ром происходит кулоновское взаимодействие при парных столкновениях заряж. частиц в плазме. T. к. вследствие дебаевской экранировки электрич. поле кулоновского взаимодействия на расстояниях убывает экспоненциально, то в тех случаях, когда заряж. частица имеет прицельный параметр больше r_D, фактически никакого рассеяния при столкновениях заряж. частиц не происходит. На расстояниях, больших по сравнению с дебаевским радиусом экранирования, взаимодействие носит коллективный характер, т. е. осуществляется через самосогласованные электрич. и магн. поля, создаваемые ансамблем заряж. частиц. Для того, чтобы такое взаимодействие было эффективным, необходимо, чтобы число частиц в дебаевской сфере (т. н. параметр идеальности

) было существенно больше единицы: g

1. Такую плазму называют идеальной. Если g

1, то в такой плазме ср. энергия кулоновского взаимодействия соседних заряж. частиц сравнима или даже больше их кинетич. энергии теплового движения. Ур-ние состояния такой плазмы весьма сложно (см. Неидеальная плазма).

В полупроводниках

пропорционален ср. энергии тепловых колебаний решётки и обратно пропорционален плотности носителей тока, к-рая увеличивается при возрастании температуры.

Литература по дебаевскому радиусу экранирования

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.