Дебаевский радиус экранирования
-
характерный пространственный масштаб в плазме, электролитах или полупроводниках,
на к-ром экранируется поле заряж. частицы за счёт накапливающегося вокруг неё
облака зарядов противоположного знака.
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:
где rD - дебаевский радиус экранирования.
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 плотностип 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 rD,
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: g1.
Такую плазму называют идеальной. Если g1,
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
Франк-Каменецкий Д. А., Лекции по физике плазмы, 2 изд., M., 1968;
Спитцер Л., Физика полностью ионизованного газа, [пер. с англ.], M., 1965;
Кроля H., Трайвелпис А., Основы физики плазмы, пер. с англ., M., 1975;
Арцимович Л. А., Сагдеев P. 3., Физика плазмы для физиков, M., 1979.
Знаете ли Вы, почему "черные дыры" - фикция? Согласно релятивистской мифологии, "чёрная дыра - это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер - гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда". На самом деле миф о черных дырах есть порождение мифа о фотоне - пушечном ядре. Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях свободного падения возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли. Отсюда родились сказки о "радиусе Шварцшильда", "черных дырах Хокинга" и прочих безудержных фантазиях пропагандистов релятивизма. Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал: "Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми." [цитата по Брагинский В.Б., Полнарёв А. Г. Удивительная гравитация. - М., Наука, 1985] Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество. Фотон - это квантованная электромагнитная волна, то есть даже не объект, а процесс. А процессы не могут иметь веса, так как они не являются вещественными объектами. Это всего-лишь движение некоторой среды. (сравните с аналогами: движение воды, движение воздуха, колебания почвы). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.