3 Электроника Лекции в презентациях 2012
.pdf
ОмГУПС Кафедра АиТ
Электроника
(Для студентов ИАТИТ)
Лекции в презентациях
Плазменная электроника
Сушков С. А.
Омск - 2012 г.
Плазма
Плазма (от греческого plasma— выявленное, оформленное) представляет собой частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности положительных (ионов) и отрицательных зарядов (электронов) практически одинаковы. Это название было предложено американским физиком Леигмюром в 1923 году.
плавление, |
испарение, |
Ионизация, |
|
конденсация |
|||
кристаллизация |
восстановление |
||
|
Твёрдое
тело
идкост |
Газ |
Плазма |
|
сублимация,
десублимация
99.9% видимой вселенной - плазма
Агрегатные состояния вещества
2
Ионизированный газ
Под ионизированным газом понимается газ, в котором значительная часть атомов потеряли или приобрели по одному или несколько электронов и превратились в ионы. В зависимости от количества потерянных или приобретенных ионов различают различные степени ионизации газа.
Существуют различные механизмы ионизации газа, основные из которых:
термическая ионизация при нагреве газа,
ионизация светом — фотоионизация,
бомбардировка газа заряженными частицами.
Ионизированный газ превращается в четвертое агрегатное состояние вещества. Другими словами, пространственные заряды электронов и положительных ионов должны компенсировать друг друга
итогда плазма считается квазинейтральной.
Вприроде присутствуют все разновидности ионизированного газа.
3
Термическая ионизация воздуха при разряде природного электричества
При "старте" молнии от грозового облака направление ее развития определяет так называемый лидер. Предсказать траекторию его движения практически невозможно, иногда лишь можно с определенной степенью вероятности угадать оконечную точку, куда он стремится. Лидер молнии можно образно сравнить с иголкой, за которой тянется нитка. Ниткой же в нашем случае является так называемый канал молнии. По своей сути канал молнии - это нагретый до нескольких тысяч градусов, сильно ионизированный воздух, образующий идеальную токопроводящую среду между заряженным до очень больших разностей потенциалов облаком и поверхностью земли. В канале молнии начинают протекать импульсные токи огромных величин (до сотен килоампер), основная задача которых выровнять существующую между облаком и землей разницу потенциалов.
4
Термическая ионизация воздуха при возникновении электрической дуги
Ионизированный воздух высоковольтным напряжением при коммутации электрических цепей создаёт проводящий высокотемпературный канал из плазмы. Который может стать причиной поражения электрическим током и пожара. Для безопасного выключения применяются специальные разъединители.
Разъединители служат для создания видимого разрыва, отделяющего выводимое в ремонт оборудование от токоведущих частей, находящихся под напряжением, для безопасного производства работ. Разъединители не имеют дугогасящих устройств.
0,33 мин
5
Ионизация верхних слоёв атмосферы
Полярные сияния возникают вследствие бомбардировки верхних слоёв атмосферы заряженными частицами, движущимися к Земле вдоль силовых линий геомагнитного поля из области околоземного космического пространства (Авроральные течения), называемой плазменным слоем. Самыми интенсивными являются линии излучения атомарного кислорода и ионизированных молекул азота.
Полярные сияния можно создать искусственно и затем изучать. Эксперимент «АРАКС» проводился в 1975 г. над Архангельской областью.
6
Плазменная электроника
Плазменная электроника — раздел электроники, в котором изучаются процессы коллективного взаимодействия потоков заряженных частиц с плазмой и ионизированным газом, приводящие к возбуждению в системе волн и колебаний, а также использование эффектов такого взаимодействия для создания приборов и устройств электронной техники.
Искусственной ионизацией воздуха первым занимался Никола Тесла
6,36 мин
Никола Тесла отрывок из фильма Властелин мира
7
Генерация плазмы трансформатором Тесла
Трансформа́тор Те́сла, также катушка Тесла (англ. Tesla coil) — устройство, изобретённое Николой Тесла и носящее его имя. Это классический резонансный трансформатор, производящий высокое напряжение высокой частоты. Прибор был заявлен патентом США № 568176 от 22 сентября 1896 года, как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».
8
Трансформатор Тесла
В элементарной форме трансформатор Тесла состоит из двух катушек — первичной и вторичной, а также разрядника (прерывателя, часто встречается английский вариант Spark Gap), конденсатора, тороида (используется не всегда) и терминала (на схеме показан как «выход»). Количество витков первичной обмотки значительно меньше вторичной.
9
Новый способ передачи СВЧ-сигнала по плазменному волноводу
Плазменный канал для передачи энергии на расстояние, о котором когда-то говорил знаменитый инженер Никола Тесла, — уже не фантастика. Ученые из Физического института им. П. Н. Лебедева РАН научились создавать плазменные СВЧ-волноводы прямо вдоль своего рабочего коридора.
Благодаря новому способу транспортировки СВЧ-сигнала в скользящем режиме, разработанному специалистами ФИАНа, можно достичь рекордной дальности — не менее 1 км. Создание протяженных плазменных структур стало возможным после обнаружения в конце прошлого века нитевидных плазменных следов от мощных ультракоротких лазерных импульсов. Такие плазменные нити (филаменты) образуются за счет самофокусировки высокоинтенсивного излучения и ионизации газовой среды (например, атмосферного воздуха), а сам процесс их образования называется филаментацией. Используя этот эффект для лазерного пучка кольцевого сечения (его получают с помощью специальных конических линз — аксиконов или адаптивной оптики), можно из филаментов создать полый
цилиндрический плазменный волновод. |
10 |
|