等離子體化工導(dǎo)論講義第一部分-資料下載頁(yè)
2025-06-25 05:16本頁(yè)面
【正文】 溫度比eVB值小因而可以不考慮，那么鞘層界面處的離子能量只取決于VB，則由 且 得 因此，流入鞘界面的離子電流應(yīng)為 式中，表示過(guò)B點(diǎn)鞘界面處的離子密度，BC間仍然保持準(zhǔn)中性狀態(tài)，即。而可由電子遵從的麥克斯韋分布求出： 得 電子電流同樣也可以求出，由單位時(shí)間、面積內(nèi)電子對(duì)器壁的碰撞次數(shù)N可得 S為鞘層界面的面積。當(dāng)鞘層達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)器壁的電子數(shù)目和離子數(shù)目相等，由＝， 得： （）對(duì)確定的等離子態(tài)物質(zhì)來(lái)說(shuō)，浮置電位的大小只取決于電子的溫度而與其它參數(shù)無(wú)關(guān)，當(dāng)電子溫度以電子伏特為單位時(shí)，浮置電位便可直接取電子溫度的lnK倍. 帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（穩(wěn)定磁場(chǎng)） αv∥v⊥VBYX如圖所示，在t = 0 時(shí)，在x = 0, y = 0, z = 0處有一帶電粒子以初速度V進(jìn)入穩(wěn)定磁場(chǎng)B中運(yùn)動(dòng)時(shí)，將受到洛侖茲力的作用: f = q (VB) 式中q為粒子所帶電量，V為粒子運(yùn)動(dòng)速度，則粒子的運(yùn)動(dòng)方程為m (dV／dt) ＝ q (VB) 式中m為電子質(zhì)量。若將粒子速度分解為平行分量v∥和垂直分量 v⊥，則運(yùn)動(dòng)方程可改寫(xiě)為： m (dv∥／dt) = 0 (1) m (dv⊥／dt) = q (v⊥B) (2)那么，由（1）式可知，v∥＝0，即粒子沿磁場(chǎng)方向的速度分量是一個(gè)常數(shù)。同時(shí)由（2）式可知，帶電粒子在平面內(nèi)受到洛侖茲力作用，且該力垂直于磁場(chǎng)B和垂直速度分量 v⊥ 。洛侖茲力只能在垂直于磁場(chǎng)B的平面內(nèi)改變帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向，而不能改變其速度的大小，即提供了帶電粒子作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。 由此可知，帶電粒子在穩(wěn)定磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)是由兩部分運(yùn)動(dòng)合成的，即在沿磁場(chǎng)方向作勻速運(yùn)動(dòng)的同時(shí)又環(huán)繞磁力線(xiàn)作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，通常把這種運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為回旋運(yùn)動(dòng)或拉摩運(yùn)動(dòng)，而把粒子回旋中心的軌跡叫做引導(dǎo)中心。設(shè)帶電粒子作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為rc，則由洛侖茲力所產(chǎn)生的向心加速度為： dv⊥／dt = v⊥2／rc 故在數(shù)值上，（2）式可記為 m（v⊥2／rc）= qv⊥B 得 rc = mv⊥／qB rc即稱(chēng)為回旋半徑或拉摩半徑，令拉摩運(yùn)動(dòng)得角頻率為ωC，則 ωC = v⊥／rc 得拉摩角頻率公式為： ωC = qB／m 由上述公式可知，電子回旋得比離子快得多，而回旋半徑則比離子的小得多。電子的回旋半徑數(shù)量級(jí)大概為103mm。 EBBE若在上述穩(wěn)恒磁場(chǎng)內(nèi)，還存在一個(gè)恒定的電場(chǎng)E，且其方向與磁場(chǎng)方向垂直，則帶電粒子在此正交電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)方程為： m (dV／dt) =q (vB)＋qE 若只考慮垂直于磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)分量，則方程變?yōu)? m (dv⊥／dt) = q (v⊥B)＋qE 由于存在電場(chǎng)力的緣故，當(dāng)離子回旋經(jīng)過(guò)底部轉(zhuǎn)而向上時(shí)，所受的電場(chǎng)力為加速力，以致在速度增加的同時(shí)，回旋半徑也不斷增加，到達(dá)頂部時(shí)，回旋半徑最大。繼而越過(guò)頂部轉(zhuǎn)而向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受電場(chǎng)力變?yōu)闇p速力，在速度減小的同時(shí)回旋半徑也不斷減小，到達(dá)底部時(shí)，回旋半徑最小。正因?yàn)榛匦霃降倪@種變化，使離子回旋一周后未能回到原來(lái)的位置，就又開(kāi)始下一周的回旋。如此進(jìn)行下去，其結(jié)果使每次回旋一周便向左漂移一段相等的距離。這實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于作拉摩運(yùn)動(dòng)的引導(dǎo)中心沿EB的方向作勻速漂移。對(duì)電子而言，由于所受的電場(chǎng)力方向相反，因而在離子受加速力的半周內(nèi)，電子受的是減速力，但漂移的方向卻是一致的。綜上所述，帶電粒子在正交穩(wěn)恒電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)方式是：在環(huán)繞磁力線(xiàn)作拉摩運(yùn)動(dòng)的同時(shí)又疊加了一個(gè)沿EB的方向的漂移運(yùn)動(dòng)。并可導(dǎo)出漂移速度VD為： VD＝ 即帶電粒子在正交穩(wěn)恒電磁場(chǎng)中發(fā)生漂移運(yùn)動(dòng)時(shí)，其漂移方向即垂直于電場(chǎng)又垂直于磁場(chǎng)。漂移速度的大小與粒子所帶電荷的符號(hào)無(wú)關(guān)，也與粒子的質(zhì)量無(wú)關(guān)，在數(shù)值上因等于E／B。也就是說(shuō)，電子和離子均以相同速度朝著同一方向漂移。19 / 19
教學(xué)教案相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1