к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ ТИ

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Э Ю Я

Дебаевский радиус экранирования

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 r_D - 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 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: 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.

В. Д. Шапиро, В. И. Шевченко

к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ ТИ

Знаете ли Вы, что низкочастотные электромагнитные волны частотой менее 100 КГц коренным образом отличаются от более высоких частот падением скорости электромагнитных волн пропорционально корню квадратному их частоты от 300 тысяч кмилометров в секунду при 100 кГц до примерно 7 тыс км/с при 50 Гц.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира