Appunti di Applicazioni industriali dei plasmi M

Introduzione plasma

Plasma → 4° stato della materia (gas ionizzato), ha entropia più elevata!

È composto da:

• Elettroni
• Neutri → molecole/atomi
• Ioni → molecolari/atomici
• Radiazione luminosa/calore

En cinetica: e^- atomi ioni atomici

En cinetica/rotazionale/vibrazionale: molecole, ioni molecolari

Generatore elettrico

Langmuir accetto carica gli elettroni, dove ci sono pochi e^-, il gas ionizzato che contiene, in circa, lo stesso numero, e^- e ioni. Così da avere carica specifica risultante piccola è detto plasma.

Requisiti per essere plasma:

• Gas ionizzato
• Quasi neutro globalmente (e^-, ioni circa in stesso numero)
• Conduttività elettrica elevata → può essere controllato con campo elettrico

Temperatura di un plasma

T_gas → En cinetica media particelle di un gas

Non tutte le particelle hanno la stessa Ec (e quindi stessa temp)

In quasi tutte le applicazioni consideriamo un sistema in equilibrio con un solo valore di en cinetica (T e σ traslazionale o macroscopica)

Sistema multicomponente → ci sono più temperature (Te, To, Trot, Tvib)

Scambio di energia:

e^- accumulano energia dal campo elettrico lungo la loro direzione cammino medio (λ >> spazio tra 2 collisioni consecutive)

Trasferimento di energia termica urti con particelle pesanti, trascurabilità Joule (effetto microscopico).

Plasmi → termici (caldi) → Th ≈ Te (T_heavy ~ e^-) (equilibrio)

Non termici (freddi) Te > T_vib > T_rot ≈ T_i ≈ T_o ~ Th (non equilibrio)

ΔT_e,h ∝ sqrt(E / P)

E → campo elettrico ridotto

P → se P=cost ↑Te ⇒ ↑ΔT

Se E=cost ↑P ⇒ ↓ΔT

Plasmi di interesse tecnologico

Plasmi di interesse tecnologico → completamente ionizzati o debolmente ionizzati

Processo in: gas neutro, in elettrica o out: prodotti, in termica (specie)

Ingegneria plasmi → ottimizzazione sorgenti processi → scopo produzione industriale componente

Parametri primi chiave: sezione d'urto e distribuzioni statistiche

Introduzione plasma

Plasma 4° stato della materia (gas ionizzato), ha entropia più elevata!

È composto da:

• Elettroni
• Neutri — molecole/atomi
• Ioni — molecolari/atomici
• Radiazione luminosa/calore

En cinetica: e^- atomi ioni atomici → temperatura

En cinetica/rotazionale/vibrazionale: molecole, ioni molecolari

Generatore elettrico → a ⊥ r → omogeneo, ⊥ Partx → scariche filamentari

Langmuir accetto uranio gli elettrodi, dove ci sono pochi e^-, i.e. gas ionizzato che contiene, in circa, lo stesso numero, e^- e ioni, così da avere carica specifica risultante piccola, è detto plasma.

Requisiti per essere plasma:

• Gas ionizzato
• Quasi neutrale globalmente (e^- ioni circa in stesso numero)
• Conduttivo elettricamente → cost di essere controllato con campo elettrico

Temperatura di un plasma

T_gas → En cinetica media particelle di un gas

Non tutte le particelle hanno la stessa Ec (e quindi stessa temp)

In quasi tutte le applicazioni consideriamo un sistema in equilibrio con un solo valore di en cinetica (T₀ tada traslazionale o macroscopica)

Sistema multicomponente → ci sono più temperature (T_e, T₀, T_rot, T_vib)

Scambio di energia:

e^- accumulo energia del campo elettrico lungo il gas

Alcune cammino verso l'equilibrio (scambio tra 2 collisioni consecutive)

Trasferimento di energia termica urti con particelle pesanti, riscaldamenti locale (effetto microscopico)

Plasma

Termici (caldi) T_n ≈ T_e T_heavy ≈ T_elettroni (equilibrio)

Non termici (freddi) T_e > T_vib > T_rot ≈ T_i ≈ T₀ ≈ T_n (non equilibrio)

ΔT_e,h ∝ E/p

E = campo elettrico ridotto

Se P = cost ↑TE ⇒ ↑ ΔT

Se E = cost ↑P ⇒ ↓ ΔT

Plasma di interesse tecnologico

Plasma di interesse tecnologico:

Complessivamente ionizzati ↔ debolmente ionizzati

Processo in gas neutro, in elettrica (out: prodotti, in termica (specie))

Ingegneria plasma → ottimizzazione sopraent processi → a scopo produzione industriale

Componente parametri chiave: sezione d'urto e distribuiti are statistica

Interazione tra particelle - atomi

• Collisione elastica → trasferimento di en. cinetica
• Collisione anelastica →