Огонь плазма: Является ли плазма огня?

Содержание

Является ли плазма огня?

Во-первых, «огонь», согласно многочисленным комментариям и ответам [здесь] [1], является «процессом», и в этом случае ответом на вопрос будет «нет», поскольку плазма — это состояние материи. Было бы несправедливо оставлять это там, обвиняя семантику, и учитывая многочисленные ссылки на область «пламени», я собираюсь предположить, что именно это и имел в виду вопрос. Я также предполагаю, что доказательство того, что пламя свечи представляет собой плазму, достаточно для достаточного ответа на вопрос.

Из некоторых работ (быстрый поиск в Google дал мне [2,3]), что пламя имеет ионизированное содержимое и что оно является электропроводящим. Я подозревал, что не все пламя являются проводящими, но [3] включает в себя утверждение:

Давно известно, что пламя обладает высокой электропроводностью и может быть искажено электрическим полем.

Источники [4] и [5], а также множество других источников, в том числе видео на YouTube [6], утверждают, что пламя свечи ионизируется, и именно поэтому пламя подвергается воздействию электрического поля.

Теперь это плазма?

«Плазменная коалиция», которая является коалицией многих известных институтов по всему миру [7], говорит, что одной ионизации недостаточно, но достаточно ионизировать атомы, чтобы существенно повлиять на электрические характеристики газа, чтобы называться плазмой. В одном из своих документов [8] он подробно раскрывает это описание.

На самом деле есть статья, посвященная этому вопросу, [8], в которой говорится, что некоторые пламена содержат плазму, а другие — нет. Далее он раскрывается достаточно подробно, утверждая, что ответ зависит от региона, того, что сжигается, температуры и т. Д.

Это также признает, что современные знания о пламени весьма ограничены, чтобы окончательно установить плотности заряженных частиц в местоположении частиц в пламени, начиная с 2008 года.

Большое разнообразие источников, которые утверждают, что пламя (как пламя свечи) является плазмой, относится к факту, что оно ионизировано.

Книга Фрэнсиса Ф. Чена [10] включает в себя упражнение на странице 12, которое описывает типичное пламя, являющееся плазмой. Это утверждение повторяется в [4] и [5] (относится к пламени свечи).

Мой вывод

Я понимаю, что в статье Коалиции «Плазма» [8] говорится, что температура свечи слишком низкая, чтобы происходила большая ионизация, но технически эксперименты, упомянутые выше [2,4,6], демонстрируют значительное влияние пламени в электрическом Поле в сочетании с теоретическими предсказаниями [3,10], по-видимому, подразумевают, что пламя действительно является плазмой. Даже при условии, указанном самой Плазменной Коалицией [11]!

Мне показалось интересным, что в старой статье [3] предлагается объяснять избыточное количество ионов, образующихся в углеводородном пламени, предполагая, что это частично связано с кумулятивным возбуждением или химии-ионизацией. Я не знаю, актуально ли это сегодня.

   [1] Является ли огонь материей или энергией? Физический стек обмена.

   [2] Электрические свойства пламени: пламя горелки в продольных электрических полях. Хартвелл Ф. Калько и Роберт Н. Пиз. Ind. Eng. Химреагент 43 нет. 12, с. 2726–2731 (1951) .

   [3] Механизмы образования ионов в пламени. HF Calcote. Combust. Пламя. 1 номер 4, с. 385–403 (1957) .

   [4] Волны в пылевой космической плазме . Фрэнк Верхест (Kluwer Academic, 2000, Нидерланды).

   [5] Солнце, Земля и Небо . Кеннет Р. Ланг (Springer, 2006, Berlin).

   [6] Что находится в пламени свечи , канал Veritasium на YouTube.

   [7] О Коалиции за плазменную науку .

   [8] О плазме . Коалиция науки о плазме, 2008.

   [9] Плазменное состояние материи . Конспект лекций по электродинамике PX384 в Уорикском университете , глава IV. Эрвин Вериджте, 2013.

  [10] Введение в физику плазмы и управляемый синтез . Фрэнсис Чен. Доступно здесь на данный момент.

  [11] Что такое плазма? , Коалиция за плазменную науку, 2000.

Плазма. Свойства и получение. Применение и отличие. Особенности

Плазма – это ионизированный газ, содержащий электроны, а так же положительно и отрицательно заряженные ионы. Она является одним из четырех основных агрегатных состояний веществ.

Физическое объяснение плазмы и способы ее получения

Традиционно утверждалось, что существует 3 основных агрегатных состояний веществ. Они могут быть жидкими, твердыми и газообразными. Об этом говорили ученые с самого начала существования известной науки. С развитием технологий и научных наблюдений было установлено четвертое состояние веществ, именуемое плазмой. Обычно она возникает в результате сильного нагрева. Процесс ее образования выглядит следующим образом. Любое твердое вещество при очень сильном нагреве сначала плавится, после чего переходит в газообразное состояние, при продолжении температурного воздействия осуществляется его дальнейшее распадение на свободные атомы. От продолжающегося повышения температуры осуществляется отделение электронов, а также положительно и отрицательно заряженных ионов. В результате получается ионизированный газ, являющийся плазмой.

Впервые о плазме заговорил английский физик сэр Уильям Крикс в 1879 году. Предложенная им концепция активно развивалась и совершенствовалась, что наблюдается и сегодня. Существуют различные предположения, которые указывают на то, что плазма была открыта намного раньше. Об этом можно судить даже по древнему утверждению о существовании четырех стихий: земля, вода, воздух и огонь. Они тесно переплетаются с современным трактованием 4 агрегатных состояний: твердое, жидкое, газообразное и плазменное. В определенных смыслах можно вполне сопоставить плазму и огонь.

Помимо получения плазмы в результате термической обработки вещества, его также можно выделить проводя бомбардировку газа быстрыми заряженными частицами. Для этого проводится облучение радиоактивными веществами. В таких случаях осуществляется выработка низкотемпературной плазмы.

Также была разработана технология получения газоразрядной плазмы. Для этого через газ пропускается электрический ток, вызывающий его ионизацию. Ионизированные частицы переносят ток, что приводит к их дальнейшему разрушению. Получаемая в результате электрического воздействия плазма менее эффективна в плане сохранения жизнедеятельности, чем образованная от термической обработки. Это связано с меньшим нагревом и высокой скоростью охлаждения частиц, так как они постоянно контактируют с другими ионами, не получившими необходимого нагрева.

Более сложный способ ее образования заключается в сильном сжатии вещества. Подобные методы воздействия приводят к сходу атомов со своих орбит. Возникающие в результате отдельные положительно и отрицательно заряженные частицы приобретают определенные свойства, которые могут применяться в различных сферах при обработке материалов.

Свойства плазмы

Главным свойством плазмы является высокая электрическая проводимость, значительно превосходящая прочие агрегатные состояния веществ. При этом суммарный электрический заряд равен нулю. Плазма подвержена влиянию магнитного поля. Под его воздействием она способна концентрировать струю, что позволяет проводить контроль движения газа.

Также для плазмы характерно корректирование взаимодействия. У обычного газа происходит сталкивание частиц по двое, а в случае с плазмой электроны сталкиваются чаще и крупными группами.

Свойства плазмы могут отличаться в зависимости от ее разновидности. По термическим свойствам ее разделяют на 2 вида:
  • Низкотемпературная.
  • Высокотемпературная.

Для низкотемпературной плазмы характерен нагрев менее чем до 1 млн. Кельвинов. Высокотемпературный газ имеет температуру как минимум 1 млн. Кельвинов. Последняя разновидность плазмы принимает участие в термоядерном синтезе.

Проявление плазмы в природе

Считается, что 99% Вселенной представлено плазмой. Любая звезда состоит именно из ионизированного газа. Впервые об этом начали задумываться наблюдая за Солнцем. Исходящий от него ветер является ничем иным, как плазмой.

Наблюдать плазму можно и в ионосфере. Визуально этот эффект можно заметить рассмотрев пример полярного сияния. Оно образовывается в результате облучения азота и кислорода солнечным излучением. Конечно, пример с полярным сиянием не столь удачный, поскольку данное явление можно увидеть только в определенных участках местности, малодоступной для большинства людей. Более частым проявлением природной плазмы, которое встречается везде, является момент удара молнии. Электрический искровой разряд, появляющийся в грозу, это и есть сильно ионизирующий газ.

Раньше считалось, что огонь это тоже разновидность плазмы, но это утверждение в корне неверно. Для плазмы характерна температура от 8000 градусов. Самое мощное пламя даже при обдуве кислородом не может нагреваться выше 4000 градусов.

Отличие плазмы от газов

На первый взгляд может показаться, что плазма и газ это довольно взаимосвязанные агрегатные состояния, которые можно объединить в одно понятие. Все же существует ряд особенностей, позволяющие их разделить. В первую очередь можно отметить электрическую проводимость. У газа она крайне мала. Ярким примером будет воздух. Сам по себе он отличный диэлектрик, поэтому по нему электрический заряд не передается. Стоит его довести до состояния плазмы, как ситуация кардинально меняется, ведь по ней заряд передается вполне эффективно.

Также плазму от газов отличает однородность частиц. Для газов характерно, что в их структуре присутствуют подобные друг к другу составляющие. Они постоянно двигаются и взаимодействуют между собой на сравнительно небольшом расстоянии. В случае же с плазмой в ней есть как минимум 2-3, а то и больше вида частиц. В ее составе наблюдаются электроны, ионы и нейтральные частицы. Их свойства отличаются между собой. У них может быть разная скорость или температура. Именно по этой причине для плазмы характерна неустойчивость и сложность управления, поскольку многие ее составляющие действуют отличительно от прочих.

Где применяется плазма

В последнее время появилось довольно много приборов, устройство которых предусматривает работу где применяется плазма. Впервые ионизированные газы начали использоваться при создании светотехники. Ярким тому примером станут газоразрядные лампы. Принцип действия таких лампочек заключается в передаче электрического тока через газ заключенный в колбе. В результате наблюдается ионизация с получением ультрафиолетового излучения. Последнее поглощается люминофором, что и вызывает его свечение в видимом для человеческого глаза диапазоне.

Особо востребованной технологией является плазменная резка. Таким оборудованием создается разогретая струя, способная плавить металлы и практически все вещества, встречаемые на ее пути. Обычно такое оборудование превращает в ионизированный газ обыкновенную воду. Сначала она испаряется, после чего под воздействием электрического тока из нее формируется плазменный пучок.

Принцип плазмы может применяться для осуществления передачи данных на расстояние. В связи с этим проводится активная разработка плазменных антенн. Данная идея запатентована еще в 1919 году, но так и не была полноценно применена вплоть до начало XXI века. Технические наработки испытания такого оборудования дают основание полагать, что эта технология придет на замену привычного для всех wi-fi соединения. Она обладает большей скоростью передачи данных, а также возможностью действия в большом радиусе. Проводимость плазмы превышает проводимость серебра, которое является одним из лучших твердых веществ для передачи зарядов.

Также в промышленности началось внедрение технологии напыления расплавленного материала под воздействием плазменной струи. Металл, или другой материал, расплавляется, после чего подается на струю в плазму. В результате он распыляется, дополняя струю. После этого взаимодействия с плазмой прекращается, и материал оседает на требуемых поверхностях в виде тонкого покрытия. Этот метод позволяет провести обработку гораздо быстрее, чем в случае с электрохимическим методом.

Применение плазмы в научном проекте Токамак

Всемирно известный научный проект Токамак, являющийся сокращением полного названия тороидальная камера с магнитными катушками – это установка для магнитного удержания плазмы. Она разработана с целью поддержания условий для проведения управляемого термоядерного синтеза. Впервые эта установка была построена в 1954 году, после успеха проведенных испытаний, в мире было создано более 200 ее копий, где осуществляются исследования и сегодня.

Особенность данного проекта заключается в обеспечении контроля ионизированного газа. В Токамаке плазма удерживается с помощью магнитного поля. Такой способ применяется, поскольку создать ограждение стенками для предотвращения утечки плазмы невозможно. Любое вещество при контакте с ней расплавляется. Чтобы магнитное поле могло подействовать ионизирующий газ, через него пропускают электрический ток. Он обеспечивает создание электрического поля. Также прохождение тока активизирует набор высокой температуры.

Исследование плазмы, позволят реализовать идею контролируемого термоядерного синтеза. Как следствие удастся создать высокоэффективные электростанции, работающие значительно безопаснее атомных, и не создающих вредного выброса в атмосферу.

Похожие темы:

Огонь содержит плазму?

Ответ на этот вопрос сложнее, чем думает большинство людей. Некоторые виды пламени действительно содержат плазму, а некоторые нет. Чтобы правильно ответить на этот вопрос, мы действительно должны сначала четко определить, что мы подразумеваем под «плазмой».

Хрестоматийное определение плазмы — это ионизированный газ. «Ионизированный газ» означает, что некоторые электроны полностью оторваны от атомов, составляющих газ. Фактически свободные электроны заряжаются отрицательно, а образующиеся ионизированные атомы в конечном итоге заряжаются положительно.

«Ион» — это атом с неравным числом электронов и протонов . Это определение является хорошей отправной точкой, но недостаточно точным. Каждый газ содержит несколько ионов и освобожденных электронов, но не каждый газ является плазмой. Должна быть какая-то точка отсечки, где в газе достаточно ионов, чтобы он начал действовать как плазма.

Что значит действовать как плазма? Плазма — это ионизированный газ, который отражает низкочастотные электромагнитные волны, такие как радиоволны. Если описать на более простом уровне, плазма экранирует электрические поля. Плазма способна на это, потому что достаточное количество отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных ионов локально свободны и могут связываться друг с другом коллективным образом на большие расстояния.

Коллективное поведение ионов и электронов означает, что они могут сильно реагировать на падающие электрические поля и двигаться, чтобы нейтрализовать эти поля. Следовательно, более строгое определение плазмы — это газ, в котором имеется достаточно свободных электронов и ионов, чтобы они действовали коллективно. Расстояние, на которое внешнее электрическое поле может проникнуть в облако заряженных частиц, характеризуется «длиной Дебая». Чем больше атомов ионизировано, тем сильнее коллективные колебания зарядов и тем меньше длина Дебая. Таким образом, самое строгое определение плазмы — это ионизированный газ с достаточной ионизацией, так что длина Дебая значительно меньше ширины газового облака.

В пламени ионизация атомов воздуха происходит потому, что температура достаточно высока, чтобы атомы столкнулись друг с другом и оторвали электроны. Следовательно, в пламени степень ионизации зависит от температуры. (Другие механизмы могут привести к ионизации. Например, при молнии сильные электрические токи вызывают ионизацию. В ионосфере солнечный свет вызывает ионизацию.)

Суть в том, что пламя становится плазмой только в том случае, если оно достаточно нагревается. Пламя при более низких температурах не содержит достаточной ионизации, чтобы превратиться в плазму. С другой стороны, пламя с более высокой температурой действительно содержит достаточно свободных электронов и ионов, чтобы действовать как плазма.

Например, обычная восковая свеча имеет пламя, которое горит при максимальной температуре 1500 градусов по Цельсию, что слишком мало для образования очень большого количества ионов. Таким образом, пламя свечи — это не плазма. Обратите внимание, что яркие красно-оранжево-желтые цвета, которые мы видим в пламени, не созданы из пламени, являющегося плазмой. Скорее, эти цвета излучаются не полностью сгоревшими частицами топлива («сажей»), которые настолько горячие, что светятся.

Если вы закачаете достаточно кислорода в пламя, сгорание станет полным и красно-оранжево-желтое пламя исчезнет. Имея это в виду, должно быть ясно, что пламя свечи излучает свет, даже если это не плазма. В отличие от пламени свечи, некоторые горящие смеси ацетилена могут достигать температуры 3100 градусов Цельсия, с соответствующей длиной Дебая 0,01 миллиметра.

Таким образом, такое пламя является плазмой. Другое пламя, в том числе пламя костров, газовых печей и зажигалок, имеет температуру, которая находится где-то между этими двумя крайними значениями, и поэтому может быть плазмой, а может и не быть. Обычное пламя, например, от сжигания дерева, древесного угля, бензина, пропана или природного газа, обычно недостаточно горячее, чтобы действовать как плазма.

Смотреть на форуме »

В ТГАСУ предложили способы защиты древесины от влаги, огня и грибка

Ученые кафедры прикладной механики и материаловедения механико-технологического факультета ТГАСУ разработали способ обработки деревянных изделий с помощью низкотемпературной плазмы. Изделия, подвергнувшиеся такому воздействию, становятся менее восприимчивы ко внешним вредным воздействиям.

– Наша высокоэффективная плазменная установка может одновременно обрабатывать два деревянных изделия, имеет плавную регулируемую подачу материала и вытяжку для отвода отработанных газов. Скорость обработки достигает 60–80 сантиметров в секунду, – рассказал Олег Волокитин, профессор кафедры ПМиМ. – Рыхлая пористо-ворсистая структура древесины после обработки плазмой становится гладкой и имеет четкий рисунок текстуры древесного изделия. Обработанное таким способом дерево можно использовать в качестве декоративного покрытия без дополнительных затрат. Кроме того, эта технология экологична, она позволяет не проводить химическую обработку древесины.

Декоративность – далеко не самое главное свойство обработанной древесины. Так, после воздействия плазмы в поверхностном слое дерева происходят радикальные изменения: в 5–7 раз снижается водопроницаемость, что позволяет уменьшить количество слоев защитного лакокрасочного покрытия при использовании деревянных изделий вне помещений. Благодаря плазменной обработке можно исключить химическую противогрибковую обработку: во время обработки температура на глубине 3–5 мм достигает 80°С, из-за чего гибнут грибки и другая патогенная бактериальная микрофлора в поверхностной структуре древесины.

– Также образцы, подвергшиеся воздействию высококонцентрированных потоков низкотемпературной плазмы, прошли натурные испытания в пожарной лаборатории Томской области, – отметил Олег Геннадьевич. – Они показали большую стойкость к огневому воздействию, чем необработанная древесина. Подводя итоги, можно сказать, что использование высокоэффективной плазменной установки экономически выгодно, поскольку позволяет существенно продлить жизнеспособность деревянных изделий и значительно сократить затраты на последующую защитную обработку, а в некоторых случаях – отказаться от нее вовсе.

Как работает плазменная резка? Преимущества и недостатки

Резку металла можно разделить на две категории — механическую и термическую. Плазменная резка — это метод термической резки, при котором для резки металла используется ионизированный газ.

Это один из широко используемых методов резки толстых металлических листов, но также он может использоваться для листового металла. Прежде чем углубляться в преимущества и возможности плазменной резки, следует ответить еще на один вопрос.

Что такое плазма?

Вы определенно слышали о трех основных состояниях материи — твердом, жидком и газообразном. Но есть и четвертый. Да, это плазма.

Плазму можно найти в природе, но в основном в верхних частях атмосферы Земли. Знаменитое полярное сияние — результат солнечного ветра, созданного из плазмы. Освещение и высокотемпературный огонь тоже включает в себя плазму.

В общей сложности она составляет около 99% видимой Вселенной.

В повседневной жизни мы можем встретить плазму в телевизорах, люминесцентных лампах, неоновых вывесках и, конечно же, в плазменных резаках.

Плазма — это электропроводящее ионизированное газоподобное вещество. Это означает, что в некоторых атомах отсутствуют электроны, и также есть свободные электроны, плавающие вокруг.

Газ можно превратить в плазму, подвергнув его интенсивному нагреву. Вот почему плазму часто называют ионизированным газом.

Плазма похожа на газ, поскольку атомы не находятся в постоянном контакте друг с другом. В то же время она ведет себя аналогично жидкостям с точки зрения её способности течь под воздействием электрического и магнитного поля.

Как работает плазменный резак?

Процесс плазменной резки — это метод термической резки. Это означает, что для плавления металла используется тепло, а не механическая сила. Общая механика системы всегда одинакова. В плазменных резаках используется сжатый воздух или другие газы, например азот. Ионизация этих газов происходит с образованием плазмы.

Обычно сжатые газы контактируют с электродом, а затем ионизируются для создания большего давления. Когда давление увеличивается, поток плазмы направляется к режущей головке.

Режущий наконечник сужает поток, создавая поток плазмы. Затем он наносится на заготовку. Поскольку плазма электропроводна, заготовка соединяется с землей через стол для резки.Когда плазменная дуга контактирует с металлом, его высокая температура плавит его. В то же время высокоскоростные газы выдувают расплавленный металл.

Запуск процесса резки

Не все системы работают одинаково. Во-первых, есть обычно более бюджетная версия, называемая высокочастотным контактом . Это недоступно для плазменных резаков с ЧПУ, потому что высокая частота может мешать работе современного оборудования и вызывать проблемы.

В этом методе используется искра высокого напряжения и высокой частоты. Возникновение искры происходит при соприкосновении плазменной горелки с металлом. Это замыкает цепь и создает искру, которая, в свою очередь, создает плазму.

Другой вариант — метод пилотной дуги . Во-первых, искра создается внутри горелки цепью высокого напряжения и низкого тока. Искра создает вспомогательную дугу, которая представляет собой небольшое количество плазмы.

Режущая дуга возникает, когда вспомогательная дуга входит в контакт с заготовкой. Теперь оператор может начать процесс резки.

Третий способ — использование подпружиненной головки плазмотрона . Если прижать резак к заготовке, возникает короткое замыкание, в результате чего начинает течь ток.

При снятии давления образуется вспомогательная дуга. Следующее такое же, как и в предыдущем методе. Это приводит к контакту дуги с заготовкой.

Какие газы используются, их особенности

Плазменная резка металла представляет собой процесс проплавления и удаления расплава за счет теплоты, получаемой от плазменной дуги. Скорость и качество резки определяются плазмообразующей средой. Также, плазмообразующая среда влияет на глубину газонасыщенного слоя и характер физико-химических процессов на кромках среза. При обработке алюминия, меди и сплавов, изготовленных на их основе, используются следующие плазмообразующие газы:

  • Сжатый воздух;
  • Кислород;
  • Азотно-кислородная смесь;
  • Азот;
  • Аргоно-водородная смесь.

Воздух

Основными составляющими воздуха являются азот (78,18%) и кислород (20,8%). Сочетание этих двух газов представляет собой очень богатую энергией смесь. Воздух применяется в качестве плазменного газа для резки нелегированных, низколегированных, высоколегированных сталей и алюминия. Обычно воздух используется для ручной резки, а также для резки тонкого листа. Если резка нелегированной стали выполняется с применением в качестве плазменного газа воздуха, то кромки реза получаются прямыми и достаточно гладкими. Однако, как газ для резки, воздух повышает содержание азота на поверхностях реза. Если такие кромки реза далее не подвергаются механической обработке, в сварном шве могут создаться поры.

Кислород

Кислород применяется в качестве плазменного газа для резки нелегированных и низколегированных сталей. Когда кислород смешивается с расплавом, понижается его вязкость, благодаря чему расплав приобретает большую текучесть. Это обычно даёт возможность получить кромки реза без грата и верхние края без скруглений. Появляется возможность достичь более высоких скоростей резки, чем в случае с азотом и воздухом. В отличие от азота или воздуха, при использовании кислорода поверхности реза не насыщаются азотом, а значит, риск возникновения пор при последующей сварке сводится к минимуму.

Аргон

Аргон является единственным инертным газом, который может производиться для коммерческих целей с использованием метода воздушной сепарации при объёмном проценте 0,9325. Будучи инертным газом, он химически нейтрален. Благодаря своей большой атомной массе (39,95), аргон способствует вытеснению расплавленного материала из зоны реза посредством высокой плотности импульсов создаваемой плазменной струи. Из-за своей относительно низкой теплопроводности и энтальпии, аргон не является совершенно идеальным газом для плазменной резки, так как он позволяет достичь только лишь относительно небольшой скорости резки, в результате чего получаются скругления, поверхности имеют чешуйчатый вид.

Водород

По сравнению с аргоном, водород имеет очень маленькую атомную массу и характеризуется относительно большой теплопроводностью. Водород имеет чрезвычайно высокую максимальную теплопроводность в температурном диапазоне диссоциации, что обусловливается процессами диссоциации и рекомбинации. Первоначально при рекомбинации и ионизации двухатомного водорода из дуги высвобождается большое количество энергии. Это приводит к обжатию вытекающей дуги. Из приведенного описания физических свойств следует, что водород, сам по себе, настолько же не подходит в качестве плазменной среды, насколько и аргон. Однако, если положительные свойства водорода, касающиеся тепловых показателей совместить с большой атомной массой аргона, то получаемая в результате газовая смесь даёт возможность быстро передавать кинетическую энергию, а также достаточное количество тепловой энергии разрезаемому материалу.

Азот

В отношении физических свойств азот занимает приблизительно промежуточное положение между аргоном и водородом. Теплопроводность и энтальпия у азота выше, чем у аргона, однако меньше, чем у водорода. Азот и водород ведут себя сходным образом в смысле возможности обжатия дуги, а также в отношении тепла рекомбинации, создающего текучий расплав. Таким образом, азот может использоваться сам по себе как плазменный газ. Азот, используемый в качестве плазменного газа, обеспечивает быструю резку изделий с тонкими стенками без образования оксидов. Недостатком является относительно большое количество бороздок. Практически невозможно добиться реза с полностью параллельными сторонами. Угол получаемого скоса в большой степени зависит от установленного настройкой объёма газа и скорости резки. Насыщение поверхности реза азотом отрицательно сказывается на свариваемости. Повышенное содержание азота при поверхностях реза является причиной пористости свариваемого металла.

Преимущества и недостатки плазменной резки:

Преимущества:

  • Может резать все токопроводящие материалы. Газовая резка, хотя она также подходит для резки толстых металлов, ограничивается только черными металлами;
  • Хорошее качество для толщины до 50 мм;
  • Максимальная толщина до 150 мм;
  • Может резать в воде, что приведет к уменьшению ЗТВ. Также снижает уровень шума;
  • Меньший пропил по сравнению с газовой резкой;
  • Более высокая скорость резки, чем при резке кислородом.

Недостатки:

  • Большая ЗТВ по сравнению с лазерной резкой;
  • Качество с более тонкими листами и пластинами хуже, чем при лазерной резке;
  • Допуски не такие точные, как при лазерной резке;
  • Не достигает такой толщины, как гидроабразивная или газовая резка;
  • Оставляет ЗТВ, которой нет при гидроабразивной струе;
  • Более широкий пропил, чем при лазерной резке;
  • Кроме того, сам процесс довольно сложный и требует высокой квалификации оператора;
  • Заготовку необходимо располагать строго перпендикулярно.
  • Во время резки металла в воздух выбрасывается большое количество вредных газов.

Неидеальная плазма

Бытует мнение, что неидеальная плазма — это довольно узкий раздел физики. Но в действительности это не так, и примерно за сто лет со времени первых работ по теории электролитов (так сказать, колыбели неидеальной плазмы) сферы применения неидеальной плазмы взрывоподобно расширились: от термоядерных реакторов и ядерных ракетных двигателей до криогенных кулоновских систем, от недр звезд и планет до производства бытовых приборов.

Плазма — это ионизованный газ, большое число заряженных частиц в состоянии коллективной динамики. Кстати, плазму видел и видит каждый — это, например, северное сияние: верхние слои атмосферы бомбардируются заряженными частицами из околоземного космического пространства. Это и  грозовая молния или даже обычный огонь — все это примеры низкотемпературной плазмы. А низкотемпературную плазму с высокой плотностью, столь сжатую, что влияние кулоновского взаимодействия начинает существенно сказываться на макроскопических свойствах такой плазмы — называют «неидеальной». Она возникает, в частности, при высокоэнергетичных воздействиях на вещество ударных или детонационных волн, пучков электронов и ионов, мощных лазеров. В состоянии неидеальной плазмы, между прочим, находится порядка 95% материи во Вселенной: это сверхплотное вещество всех звезд и планет-гигантов Солнечной системы, но это и разреженная «пылевая плазма» межзвездного пространства, и т.д.

Плазма не только радует нас на небе, но и верой и правдой служит нам на земле: ею можно максимально экологично сжигать городские отходы и очищать воду, и даже лечить раны. На концепции плазмы построена работа мощных взрывомагнитных и МГД-генераторов, плазмотронов и источников мощного оптического и рентгеновского излучения. Одним из важных источников мотивации для исследований свойств неидеальной плазмы послужили в свое время активные разработки перспективного энергоустройства – так называемого газофазного ядерного реактора, предназначенного, в частности, на роль маршевого ракетного двигателя для пилотируемого полета на Марс и другие планеты. Большинство рабочих сред в этом сверхэкзотическом реакторе с необходимостью находились в состоянии той самой сильнонеидеальной плазмы.

Множество природных явлений объединено главным общим свойством: дальнодействующее кулоновское взаимодействие приводит к многим специфическим эффектам, подталкивая систему к проявлению разного рода коллективных эффектов. Все это активно исследуется в России вот уже почти сто лет, и особенно активно в последние десятилетия. Физика неидеальной плазмы нужна, например, для изучения процессов, происходящих в недрах практически всех астрофизических объектов. В частности, исследование недр планет-гигантов и так называемых внесолнечных планет (а их сейчас открыто уже почти полторы тысячи) – что это такое и как там всё устроено – всё это упирается в проблему неидеальной плазмы. Когда же речь заходит о компактных звездах, т.е. нейтронных и кварковых звезд и так называемых «белых карликах» – неидеальная плазма в их изучении также является одним из центральных объектов. В последние десятилетия активно обсуждается так называемая «пылевая» плазма – мезоскопическая система макро- и микрозарядов со своим кругом специфических проблем, живущая как в земных, так и в космических приложениях.

Тенденцией последнего времени является появление мощных источников воздействия на конденсированное вещество. Это резко увеличило отечественные возможности генерации различных реализаций неидеальной плазмы экстремальных параметров и получения богатого набора явлений. Такими, в частности, являются мощные фемтосекундные лазеры и пучки тяжёлых ионов, которыми мы сегодня можем поверхностно и объемно нагревать конденсированное вещество и изучать различные плазменные эффекты. Это – специфическая физика, не говоря уже о мощных взрывах, традиционно используемых для генерации неидеальной плазмы. Физики из Сарова сумели во взрывном генераторе сжать вещество в несколько сотен раз и дожать его до 30–50 мегабар и десятков тысяч градусов Кельвина. Это фактически астрофизическая плазма, но созданная в земных лабораторных условиях.

Другая мощная общемировая тенденция – это быстрый прогресс вычислительной техники, позволяющий проводить все более сложное и всё более изощрённое так называемое «прямое» численное моделирование сложных физических процессов в неидеальной плазме (метод квантовой молекулярной динамики и квантового Монте-Карло и др.) Все это даже вызвало к жизни своеобразный термин «численный эксперимент». Отечественные работы в этой области находятся на очень хорошем уровне. Мы получили возможность рассматривать объекты, которые сорок лет назад мы могли обсуждать только как «качественную картину».

Один из важных источников мотивации физики неидеальной плазмы сегодня — это развитие высокоэнергетичных экспериментальных устройств, суперколлайдеров. У всех на слуху коллайдер в ЦЕРНе, есть уже действующий коллайдер RHIC в Брукхейвене, строятся мощные ускорители в Дармштадте и у нас в ОИЯИ в Дубне. Объявлены планы создания ускорителей в Китае и Японии. Это не только веяние времени, но и новый круг проблем, перекликающихся с традиционными проблемами неидеальных кулоновских систем.

Основное ядро участников данного направления в России сложилось довольно давно: это Институт Высоких Температур РАН, Институты Проблем Химической Физики и Теоретической Физики РАН из Черноголовки, это вузы – МФТИ, МЭИ и МГУ. Это учёные из ядерных центров Сарова и Снежинска, из институтов Троицка и др.

Исследования неидеальной плазмы в нашей стране находятся на вполне достойном уровне.

ПЛАЗМА | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

ПЛАЗМА – частично или полностью ионизованный газ, образованный из нейтральных атомов (или молекул) и заряженных частиц (ионов и электронов). Важнейшей особенностью плазмы является ее квазинейтральность, это означает, что объемные плотности положительных и отрицательных заряженных частиц, из которых она образована, оказываются почти одинаковыми. Газ переходит в состояние плазмы, если некоторые из составляющих его атомов (молекул) по какой-либо причине лишились одного или нескольких электронов, т.е. превратились в положительные ионы. В некоторых случаях в плазме в результате «прилипания» электронов к нейтральным атомам могут возникать и отрицательные ионы. Если в газе не остается нейтральных частиц, плазма называется полностью ионизованной.

Между газом и плазмой нет резкой границы. Любое вещество, находящееся первоначально в твердом состоянии, по мере возрастания температуры начинает плавиться, а при дальнейшем нагревании испаряется, т.е. превращается в газ. Если это молекулярный газ (например, водород или азот), то с последующим повышением температуры происходит распад молекул газа на отдельные атомы (диссоциация). При еще более высокой температуре газ ионизуется, в нем появляются положительные ионы и свободные электроны. Свободно движущиеся электроны и ионы могут переносить электрический ток, поэтому одно из определений плазмы гласит: плазма – это проводящий газ. Нагревание вещества не является единственным способом получения плазмы.

Плазма – четвертое состояние вещества, она подчиняется газовым законам и во многих отношениях ведет себя как газ. Вместе с тем, поведение плазмы в ряде случаев, особенно при воздействии на нее электрических и магнитных полей, оказывается столь необычным, что о ней часто говорят как о новом четвертом состоянии вещества. В 1879 английский физик В.Крукс, изучавший электрический разряд в трубках с разреженным воздухом, писал: «Явления в откачанных трубках открывают для физической науки новый мир, в котором материя может существовать в четвертом состоянии». Древние философы считали, что основу мироздания составляют четыре стихии: земля, вода, воздух и огонь. В известном смысле это отвечает принятому ныне делению на агрегатные состояния вещества, причем четвертой стихии – огню и соответствует, очевидно, плазма.

Сам термин «плазма» применительно к квазинейтральному ионизованному газу был введен американскими физиками Лэнгмюром и Тонксом в 1923 при описании явлений в газовом разряде. До той поры слово «плазма» использовалось лишь физиологами и обозначало бесцветный жидкий компонент крови, молока или живых тканей, однако вскоре понятие «плазма» прочно вошло в международный физический словарь, получив самое широкое распространение.

Получение плазмы.

Способ создания плазмы путем обычного нагрева вещества – не самый распространенный. Чтобы получить термическим путем полную ионизацию плазмы большинства газов, нужно нагреть их до температур в десятки и даже сотни тысяч градусов. Только в парах щелочных металлов (таких, например, как калий, натрий или цезий) электрическую проводимость газа можно заметить уже при 2000–3000° С, это связано с тем, что в атомах одновалентных щелочных металлов электрон внешней оболочки гораздо слабее связан с ядром, чем в атомах других элементов периодической системы элементов (т.е. обладает более низкой энергией ионизации). В таких газах при указанных выше температурах число частиц, энергия которых выше порога ионизации, оказывается достаточным для создания слабоионизованной плазмы.

Общепринятым способом получения плазмы в лабораторных условиях и технике является использование электрического газового разряда. Газовый разряд представляет собой газовый промежуток, к которому приложена разность потенциалов. В промежутке образуются заряженные частицы, которые движутся в электрическом поле, т.е. создают ток. Для поддержания тока в плазме нужно, чтобы отрицательный электрод (катод) испускал в плазму электроны. Эмиссию электронов с катода можно обеспечивать различными способами, например нагреванием катода до достаточно высоких температур (термоэмиссия), либо облучением катода каким-либо коротковолновым излучением (рентгеновские лучи, g-излучение), способным выбивать электроны из металла (фотоэффект). Такой разряд, создаваемый внешними источниками, называется несамостоятельным.

К самостоятельным разрядам относятся искровой, дуговой и тлеющий разряды, которые принципиально отличаются друг от друга по способам образования электронов у катода или в межэлектродном промежутке. Искровой разряд обычно оказывается прерывистым даже при постоянном напряжении на электродах. При его развитии возникают тонкие искровые каналы (стримеры), пронизывающие разрядный промежуток между электродами и заполненные плазмой. Пример одного из наиболее мощных искровых разрядов являет собой молния.

В обычном дуговом разряде, который реализуется в довольно плотном газе и при достаточно высоком напряжении на электродах, термоэмиссия с катода возникает чаще всего от того, что катод разогревается падающими на него газовыми ионами. Дуговой разряд, возникающий в воздухе между двумя накаленными угольными стержнями, к которым было подведено соответствующее электрическое напряжение, впервые наблюдал в начале 19 в. русский ученый В.В.Петров. Ярко светящийся канал разряда принимает форму дуги благодаря действию архимедовых сил на сильно нагретый газ. Дуговой разряд возможен и между тугоплавкими металлическими электродами, с этим связаны многочисленные практические применения плазмы дугового разряда в мощных источниках света, в электродуговых печах для плавки высококачественных сталей, при электросварке металлов, а также в генераторах непрерывной плазменной струи – так называемых плазмотронах. Температура плазменной струи может достигать при этом 7000–10 000 К.

Различные формы холодного или тлеющего разряда создаются в разрядной трубке при низких давлениях и не очень высоких напряжениях. В этом случае катод испускает электроны по механизму так называемой автоэлектронной эмиссии, когда электрическое поле у поверхности катода просто вытягивает электроны из металла. Газоразрядная плазма, простирающаяся от катодного до анодного участков, а некотором расстоянии от катода образует положительный столб, отличающийся от остальных участков разряда относительным постоянством по длине характеризующих его параметров (например, напряженности электрического поля). Светящиеся рекламные трубки, лампы дневного света, покрытые изнутри люминофорами сложного состава, представляют собой многочисленные применения плазмы тлеющего разряда. Тлеющий разряд в плазме молекулярных газов (например, СО и СО2)широко используется для создания активной среды газовых лазеров на колебательно-вращательных переходах в молекулах.

Сам процесс ионизации в плазме газового разряда неразрывно связан с прохождением тока и носит характер ионизационной лавины. Это означает, что появившиеся в газовом промежутке электроны за время свободного пробега ускоряются электрическим полем и перед столкновением с очередным атомом набирают энергию, достаточную для того, чтобы ионизовать атом, т.е. выбить еще один электрон). Таким способом происходит размножение электронов в разряде и установление стационарного тока.

В тлеющих газовых разрядах низкого давления степень ионизации плазмы (т.е. отношение плотности заряженных частиц к общей плотности составляющих плазму частиц), как правило, мала. Такая плазма называется слабоионизованной. В установках управляемого термоядерного синтеза (УТС) используется высокотемпературная полностью ионизованная плазма изотопов водорода: дейтерия и трития. На первом этапе исследований по УТС плазма нагревалась до высоких температур порядка миллионов градусов самим электрическим током в так называемых самосжимаемых проводящих плазменных шнурах (омический нагрев) (см. ЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ). В тороидальных установках магнитного удержания плазмы типа токамак удается нагреть плазму до температур порядка десятков и даже сотен миллионов градусов с помощью впрыскивания (инжекции) в плазму высокоэнергетических пучков нейтральных атомов. Другой способ состоит в использовании мощного микроволнового излучения, частота которого равна ионной циклотронной частоте (т.е. частоте вращения ионов в магнитном поле) – то нагрев плазмы методом так называемого циклотронного резонанса.

Плазма в космосе.

В земных условиях из-за сравнительно низкой температуры и высокой плотности земного вещества естественная плазма встречается редко. В нижних слоях атмосферы Земли исключение составляют разве что разряды молнии. В верхних слоях атмосферы на высотах порядка сотен километров существует протяженный слой частично ионизованной плазмы, называемый ионосферой, который создается благодаря ультрафиолетовому излучению Солнца. Наличие ионосферы обеспечивает возможность дальней радиосвязи на коротких волнах, поскольку электромагнитные волны отражаются на определенной высоте от слоев ионосферной плазмы. При этом радиосигналы благодаря многократным отражениям от ионосферы и от поверхности Земли оказываются способными огибать выпуклую поверхность нашей планеты.

Во Вселенной основная масса вещества (ок. 99,9%) находится в состоянии плазмы. Солнце и звезды образованы из плазмы, ионизация которой вызывается высокой температурой. Так, например, во внутренней области Солнца, где происходят реакции термоядерного синтеза, температура составляет около 16 млн. градусов. Тонкая область поверхности Солнца толщиной порядка 1000 км, называемая фотосферой, с которой излучается основная часть солнечной энергии, образует плазму при температуре порядка 6000 К. В разреженных туманностях и межзвездном газе ионизация возникает под действием ультрафиолетового излучения звезд.

Над поверхностью Солнца находится разреженная сильно нагретая область (при температуре около одного миллиона градусов), которая носит название солнечной короны. Стационарный поток ядер атомов водорода (протонов), испускаемый солнечной короной, называется солнечным ветром. Потоки плазмы с поверхности Солнца создают межпланетную плазму. Электроны этой плазмы захватываются магнитным полем Земли и образуют вокруг нее (на расстоянии в несколько тысяч километров от поверхности Земли) радиационные пояса. Потоки плазмы, возникающие в результате мощных солнечных вспышек, изменяют состояние ионосферы. Быстрые электроны и протоны, попадая в атмосферу Земли, вызывают в северных широтах появление полярных сияний.

Свойства плазмы.

Квазинейтральность.

Одна из важных особенностей плазмы в том, что отрицательный заряд электронов в ней почти точно нейтрализует положительный заряд ионов. При любых воздействиях на нее плазма стремится сохранить свою квазинейтральность. Если в каком-то месте происходит случайное смещение (например, за счет флуктуации плотности) части электронов, создающее избыток электронов в одном месте и недостаток в другом, в плазме возникает сильное электрическое поле, которое препятствует разделению зарядов и быстро восстанавливает квазинейтральность. Порядок величины такого поля можно оценить следующим образом. Пусть в слое плазмы толщиной в Dx создается объемный заряд плотностью q. Согласно законам электростатики, на длине Dx он создает электрическое поле E = 4p qDx (использована абсолютная система единиц СГСЭ. В практических единицах – вольтах на сантиметр – это поле в 300 раз больше). Пусть в 1 см3 есть Dne лишних электронов сверх тех, которые точно нейтрализуют заряд ионов. Тогда плотность объемного заряда q = eDne , где e = 4,8·10–10 ед. СГС – заряд электрона. Электрическое поле, возникающее от разделения зарядов, равно

E = 1,8·10–6Dx в/см

В качестве конкретного примера можно рассмотреть плазму с такой же концентрацией частиц, как атмосферный воздух у поверхности Земли, – 2,7·1019 молекул/см3 или 5,4·1019 атомов/см3. Пусть в результате ионизации все атомы стали однозарядными ионами. Соответствующая концентрация электронов плазмы в этом случае равна ne = 5,4·1019 электрон/cм3. Пусть на длине 1 см концентрация электронов изменилась на 1%. Тогда Dne = 5,4·1017 электрон/см3, Dx = 1 см и в результате разделения зарядов возникает электрическое поле E » 1012 в/см.

Для создания такого сильного электрического поля понадобилась бы огромная энергия. Это говорит о том, что для рассматриваемого примера достаточно плотной плазмы фактическое разделение заряда будет ничтожно малым. Для типичного случая термоядерной плазмы (ne ~ 1012 – 1014 см–3 ) поле, которое препятствует разделению зарядов для рассмотренного выше примера, остается еще очень большим (E ~ 107109 в/см).

Длина и радиус Дебая.

Пространственный масштаб разделения заряда или ту характерную длину, ниже которой (по порядку величины) разделение зарядов становится заметным, можно оценить, вычисляя работу по разделению зарядов на расстояние d, которая совершается силами возникающего на длине x электрического поля E = 4pne ex.

С учетом того, что сила, действующая на электрон равна eE, работа этой силы равна

Эта работа не может превышать кинетическую энергию теплового движения частиц плазмы, которая для случая одномерного движения равна (1/2)kT, где k – постоянная Больцмана, T – температура, т.е.

A Ј (1/2)kT.

Из этого условия следует оценка максимального масштаба разделения заряда

(1)

Эта величина называется длиной Дебая по имени ученого, который ввел ее впервые, исследуя явление электролиза в растворах, где встречается аналогичная ситуация. Для рассмотренного выше примера плазмы при атмосферных условиях (ne = 5,4·1019 см–3Т = 273 К, k = 1,38·10–16 эрг/К) получаем d = 1,6 ·10–19 см, а для условий термоядерной плазмы (ne = 1014 см–3, T = 108K ) величина d = 7·10–3 см.

Для существенно более разреженной плазмы длина Дебая может оказаться больше размеров самого плазменного объема. В этом случае условие квазинейтральности нарушается, и такую систему уже нет смысла называть плазмой.

Длина d (или радиус Дебая ) является важнейшей характеристикой плазмы. В частности, электрическое поле, создаваемое каждой отдельной заряженной частицей в плазме, экранируется частицами противоположного знака и фактически исчезает на расстоянии порядка радиуса Дебая от самой частицы. С другой стороны, величина d определяет глубину проникновения внешнего электрического поля в плазму. Заметные отклонения от квазинейтральности могут происходить вблизи границ плазмы с твердой поверхностью как раз на расстояниях порядка длины Дебая.

Плазменные колебания.

Еще одной важной характеристикой плазмы является плазменная (или лэнгмюровская) частота колебаний wp. Плазменные колебания – это колебания плотности заряда (например, электронной плотности). Они вызываются действием на заряд электрического поля, возникающего из-за нарушения квазинейтральности плазмы. Это поле стремится восстановить нарушенное равновесие. Возвращаясь в положение равновесия, заряд по инерции «проскакивает» это положение, что опять приводит к появлению сильного возвращающего поля.

Таким образом и возникают лэнгмюровские колебания плотности заряда в плазме. Электронная плазменная частота колебаний определяется при этом выражением

(2)

Для термоядерной плазмы, например, (ne = 1014 см–3 ) электронная плазменная частота оказывается равной wp = 1011c–1.

Идеальность плазмы.

По аналогии с обычным газом плазму считают идеальной, если кинетическая энергия движения составляющих ее частиц существенно больше энергии их взаимодействия. Заметное различие между плазмой и газом проявляется в характере взаимодействия частиц. Потенциал взаимодействия нейтральных атомов и молекул в обычном газе является короткодействующим. Частицы оказывают заметное влияние друг на друга лишь при непосредственном сближении на расстояния порядка диаметра молекул a. Среднее расстояние между частицами при плотности газа n определяется как n–1/3 (см. ГАЗ). Условие идеальности газа имеет при этом вид: a n–1/3. Кулоновский потенциал взаимодействия заряженных частиц в плазме оказывается дальнодействующим, т.е. заряженные частицы создают вокруг себя протяженные электрические поля, медленно убывающие с расстоянием. Энергия кулоновского взаимодействия двух частиц с зарядом e, находящихся на расстоянии R друг от друга, равна e2/R . Подставляя вместо R среднее расстояние b между частицами и полагая среднюю кинетическую энергию частиц равной kT, условие идеальности плазмы можно представить в виде: kT. Для оценки отклонения плазмы от идеальности обычно вводят параметр неидеальности плазмы

(3)

Очевидно, плазма является идеальной, если g 1.

Условию идеальности плазмы можно придать более наглядный смысл, если ввести представление о так называемой сфере Дебая. В объеме плазмы выделяется шар с радиусом, равным радиусу Дебая, и подсчитывается число частиц ND, содержащихся в этом шаре,

(4) ~ g–3/2

Сравнение с критерием (3) показывает, что условие идеальности плазмы сводится к требованию, чтобы в сфере Дебая оказывалось достаточное число частиц (ND >> 1).

Для рассмотренных выше условий термоядерной плазмы (ne = 1014 см–3 , T = 108K ) получается, что ND » 108. Для плазмы, образующейся в разряде молнии (ne = 5·1019, T = 104), величина ND » 0,1. Такая плазма оказывается слабо неидеальной.

Термодинамика плазмы.

Если плазма удовлетворяет условию идеальности, то в термодинамическом отношении она ведет себя как идеальный газ, это означает, что ее поведение подчиняется обычным газовым законам (см. ГАЗ). Поскольку плазма представляет собой смесь частиц различных сортов (включая ионы и электроны), применение закона Дальтона позволяет записать уравнение состояния идеальной плазмы, которое связывает давление плазмы с плотностями каждого из видов частиц в смеси, в виде

(5) p = p1 + p2 + … = (n1 + n2 + …) kT

Здесь T – общая для всех компонентов смеси температура, соответствующая установлению полного термодинамического равновесия в плазме. Реальная плазма многих экспериментальных установок, как правило, не находится в состоянии теплового равновесия. Так, газоразрядная плазма разогревается за счет энергии, которая выделяется при прохождении электрического тока в газе и передается, в основном, легкому компоненту плазмы – электронам. При столкновении с тяжелыми частицами (ионами и атомами) электроны отдают лишь незначительную часть своей энергии. Если электронов в плазме достаточно, чтобы обеспечить интенсивный обмен энергией между ними, в плазме устанавливается квазиравновесие, соответствующее установлению электронной температуры, отличающейся от температуры ионов и атомов. (Te > T). Такая плазма называется неизотермической. В газосветных рекламных трубках или в лампах дневного света, например, температура электронов обычно составляет десятки тысяч кельвинов, между тем как ионная температура и температура нейтрального газа оказываются не выше 1000–2000 К. Для полностью ионизованной плазмы термоядерных установок уравнение состояния плазмы записывается в виде

(6) p = k(neTe + niTi)

При этом, в отличие от обычной газоразрядной плазмы, температура ионов может оказаться заметно выше электронной.

Столкновения частиц в плазме.

В обычном газе процессы взаимодействия (столкновения) частиц носят, в основном, упругий характер. Это означает, что при таких столкновениях остаются неизменными суммарный импульс и энергия каждой взаимодействующей пары частиц. Если газ или плазма не сильно разрежены, столкновения частиц достаточно быстро приводят к установлению известного максвелловского распределения частиц по скоростям (см. МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ), которое соответствует состоянию теплового равновесия. Плазма отличается от газа гораздо большим разнообразием процессов столкновений частиц. В слабоионизованной плазме особую роль играют упругие взаимодействия электронов с нейтральными атомами или молекулами, такие процессы, как, например, перезарядка ионов на атомах. По мере повышения степени ионизации плазмы к обычным упругим короткодействующим взаимодействиям нейтральных атомов и молекул и электронов с нейтральными частицами добавляются дальнодействующие кулоновские взаимодействия заряженных частиц плазмы. При достаточно высоких температурах или при наличии электронов с высокой энергией, которую они приобретают, например, в электрическом поле газового разряда, многие столкновения носят неупругий характер. К ним относятся такие процессы, как переход атомов и молекул в возбужденное состояние, ионизация атомов, рекомбинация электронов и ионов с участием третьей частицы и др.

Особую роль в плазме играют кулоновские взаимодействия заряженных частиц. Если в нейтральном идеальном газе частицы большую часть времени находятся в свободном движении, резко меняя свою скорость лишь в моменты кратковременных столкновений, силы кулоновского притяжения или отталкивания между электронами и ионами сохраняют заметную величину даже при относительно большом удалении частиц друг от друга. Вместе с тем, это взаимодействие ограничено расстоянием порядка дебаевского радиуса, за пределами которого происходит экранирование взаимодействия выделенной заряженной частицы с другими заряженными частицами. Траекторию заряженных частиц уже нельзя представить в виде зигзагообразной линии, состоящей из коротких отрезков пути, как это делается при рассмотрении упругих столкновений в обычном газе. В плазме каждая заряженная частица все время находится в поле, создаваемом остальными электронами и ионами. Действие плазменного микрополя на частицы проявляется в плавном непрерывном изменении величины и направления скорости частицы (рис.1). Теоретический анализ показывает, что результирующий эффект слабых столкновений из-за их многочисленности оказывается при этом значительно большим, чем эффект, обусловленный редкими столкновениями, в результате которых происходит резкое изменение величины и направления скорости частицы.

При описании столкновений частиц важную роль играет так называемое сечение столкновений или сечение рассеяния. Для атомов, взаимодействующих как твердые упругие шарики, сечение s = 4p a2, где a – диаметр шарика. Можно показать, что в случае взаимодействий заряженных частиц кулоновское сечение столкновений состоит их двух множителей, учитывающих ближние и дальние взаимодействия. Ближнее взаимодействие отвечает крутому повороту в направлении движения частиц. Частицы сближаются до наименьшего расстояния между ними, если потенциальная энергия кулоновского взаимодействия сравнивается с кинетической энергией относительного движения частиц

,

где e1, e2 – заряды частиц, r – расстояние между ними, v – относительная скорость, m – приведенная масса (для электрона m равна массе электрона me). Для взаимодействия между электроном и однократно заряженным ионом расстояние ближнего взаимодействия b = rmin определяется как

(7)

Эффективное сечение взаимодействия есть площадь круга радиуса b, т.е. pb2. Однако направление движения частицы меняется и за счет дальних взаимодействий, приводящих к постепенному искривлению пути. Расчеты показывают, что полное сечение кулоновского рассеяния получается умножением сечения ближнего взаимодействия на так называемый кулоновский логарифм

(8) s = pb2s = pb2 ln L

Величина L, стоящая под знаком логарифма, равна отношению радиуса Дебая (формула (1)) к параметру ближнего взаимодействия b. Для обычной плазмы (например плазмы термоядерного синтеза) кулоновский логарифм меняется в пределах 10–20. Таким образом, дальние взаимодействия дают вклад в сечение рассеяния, больший на целый порядок величины, чем ближние.

Средняя длина свободного пробега частиц между столкновениями в газе l определяется выражением.

(9)

Среднее время между столкновениями равно

(10) , 7

где бvс = (8kT/pm)1/2 – средняя тепловая скорость частиц.

По аналогии с газом, можно ввести понятия средней длины свободного пробега и среднего времени между столкновениями и в случае кулоновских столкновений частиц в плазме, используя в качестве s выражение (8). Поскольку величина s в этом случае зависит от скорости частиц, для перехода к значениям, усредненным по максвелловскому распределению частиц по скоростям, можно приближенно использовать выражение для среднего квадрата скорости частиц бv2с = (3kT/me). В результате получается приближенная оценка для среднего времени электрон-ионных столкновений в плазме

(11)

что оказывается близким к точному значению. Средняя длина свободного пробега электронов в плазме между их столкновениями с ионами определяется как

(12)

Для электрон-электронных столкновений . Среднее время ион-ионных столкновений оказывается во много раз больше: tii = (2mi/me)1/2tei.

Таким образом, благодаря малой массе электрона в плазме устанавливается некоторая иерархия характерных времен столкновений. Анализ показывает, что приведенные выше времена соответствуют средним характерным временам передачи импульса частиц при их столкновениях. Как уже отмечалось ранее, при взаимодействии электрона с тяжелой частицей происходит очень малая (пропорциональная отношению их масс) передача энергии электрона. Благодаря этому характерное время передачи энергии оказывается в этой иерархии времен наименьшим:

tE = (mi/2me)tei.

Для условий термоядерной плазмы с ионами тяжелого изотопа водорода (дейтерия)

(ne = 1014 см–3, T = 108K, mD/me = 3,7·103) оценки дают

tei » 2·10–4c, tee » 3·10–4, tii » 10–2c, tE » 0,3c

Характерные средние длины свободного пробега для электронов и ионов при этих условиях оказываются близкими (~106 см), что во много раз превышает длины свободного пробега в газах при обычных условиях.

Среднее время обмена энергией между электронами и ионами может иметь при этом тот же порядок величины, что и обычное макроскопическое время, характерное для проводимых с плазмой экспериментов. Это означает, что в течение времени порядка величины tE , в плазме может поддерживаться устойчивая разность температур электронного и ионного компонентов плазмы.

Плазма в магнитном поле.

При высоких температурах и низких плотностях плазмы заряженные частицы большую часть времени проводят в свободном движении, слабо взаимодействуя друг с другом. Это позволяет во многих случаях рассматривать плазму как совокупность заряженных частиц, которые движутся почти независимо друг от друга во внешних электрических и магнитных полях.

Движение заряженной частицы с зарядом q во внешнем электрическом поле с напряженностью Е происходит под действием силы F = qE, что приводит к движению частицы с постоянным ускорением. Если заряженная частица движется со скоростью в магнитном поле, то магнитное поле действует на нее с силой Лоренца

(13) F = qvB sin a,

где B – индукция магнитного поля в теслах (Tl) (в международной системе единиц СИ), a – угол между направлением линий магнитной индукции и направлением скорости частицы. При перемещении частицы параллельно линиям индукции (a = 0 или a = 180°) сила Лоренца равна нулю, т.е. магнитное поле не действует на движение частицы, и она сохраняет в этом направлении свою скорость. Наибольшая сила действует на заряженную частицу в перпендикулярном направлении (a = 90°), при этом сила Лоренца действует перпендикулярно как к направлению скорости частицы, так и направлению вектора магнитной индукции. Эта сила не совершает работу и поэтому может изменить лишь направление скорости, но не ее величину Можно показать, что траектория движения частицы представляет в этом случае окружность (рис.2). Радиус окружности легко найти, если записать для этого случая второй закон Ньютона, в соответствии с которым произведение массы на центростремительное ускорение равно силе, действующей на частицу,

(mv2/R) = qvB, откуда следует

(14)

Величина R называется ларморовским радиусом по имени английского физика Лармора, который еще в конце 19 в. изучал движение заряженных частиц в магнитном поле. Угловая скорость вращения частицы

wH = v/R определяется как

(15)

и носит название ларморовской (или циклотронной) вращения. Название это возникло потому, что именно с такой частотой обращаются заряженные частицы в специальных ускорителях – циклотронах.

Поскольку направление силы Лоренца зависит от знака заряда, электроны и положительные ионы вращаются в противоположные стороны, при этом ларморовский радиус однократно заряженных ионов в (M/m) раз больше радиуса вращения электронов (M – масса иона, m – масса электрона). Для ионов водорода (протонов), например, это отношение равно почти 2000.

При равномерном движении заряженной частицы вдоль силовой линий магнитного поля и одновременном вращении вокруг нее траектория частицы представляет собой винтовую линию. Винтовые траектории иона и электрона изображены на рис.3.

В тех случаях, когда кроме магнитного поля на заряженную частицу действуют еще какие-нибудь поля (например, сила тяжести или электрическое поле) или когда магнитное поле неоднородно, характер движения частицы становится более сложным. – составляющая силы, перпендикулярная силовым линиям магнитного поля. Такие силы, как сила тяжести и центробежная сила, которые в отсутствие магнитного поля действуют на все частицы одинаково (независимо от их заряда), заставляют электроны и ионы дрейфовать в противоположных направлениях, т.е. в этом случае возникает отличный от нуля дрейфовый электрический ток

В случае, когда наряду с однородным магнитным полем перпендикулярно его силовым линиям действует однородное электрическое поле, выражение для скорости дрейфа принимает вид:

(17)

Сила электрического поля сама пропорциональна заряду частицы, поэтому в выражении (17) заряд сократился. Дрейф частиц в этом случае приводит лишь к движению всей плазмы, т.е. не возбуждает ток (рис.4). Дрейф, скорость которого определяется выражением (17), называется электрическим дрейфом.

Различные специфические виды дрейфа возникают в неоднородном магнитном поле. Так в результате искривления силовых линий (продольная неоднородность магнитного поля) на центр циклотронного круга действует центробежная сила, которая вызывает так называемый центробежный дрейф. Поперечная неоднородность поля (сгущение или разрежение силовых линий) приводит к тому, что циклотронный круг как бы выталкивается поперек поля с силой, пропорциональной изменению величины индукции магнитного поля на единицу длины. Эта сила вызывает так называемый градиентный дрейф.

Магнитное удержание плазмы.

Исследование особенностей поведения плазмы в магнитных полях вышло на первый план, когда встала проблема реализации управляемого термоядерного синтеза (УТС). Сущность проблемы заключается в том, чтобы осуществить на Земле те же реакции ядерного синтеза (превращение водорода в гелий), которые служат источниками энергии Солнца и других звезд. Сами эти реакции могут протекать лишь при сверхвысоких температурах (порядка сотен миллионов градусов), поэтому вещество в термоядерном реакторе представляет собой полностью ионизованную плазму. Очевидно, главная трудность состоит в том, чтобы изолировать эту высокотемпературную плазму от стенок реактора.

В 1950 советские физики И.Е.Тамм и А.Д.Сахаров и независимо от них ряд зарубежных ученых выдвинули идею магнитной термоизоляции плазмы. Эта идея может быть проиллюстрирована следующим простым примером. Если создать однородное магнитное поле внутри прямой трубы, заполненной плазмой, то заряженные частицы будут закручиваться вокруг силовых линий магнитного поля, перемещаясь только вдоль трубы (рис.5), чтобы избежать ухода частиц через концы трубы, можно соединить оба ее конца, т.е. согнуть трубу в «бублик». Труба такой формы представляет собой тор, а соответствующее устройство носит название тороидальной магнитной ловушки. Магнитное поле внутри тора создается с помощью намотанной на него проволочной катушки, по которой пропускается ток.

Однако, эта простая идея сразу наталкивается на ряд трудностей, которые связаны, в первую очередь, с дрейфовыми движениями плазмы. Поскольку силовые линии магнитного поля в тороидальной ловушке представляют собой окружности, можно ожидать центробежный дрейф частиц к стенкам ловушки. Кроме того, в силу принятой геометрии установки, витки с током располагаются на внутренней окружности тора ближе друг к другу, чем на внешней, поэтому индукция магнитного поля увеличивается по направлению от внешней стенки тора к внутренней, что очевидным образом приводит к градиентному дрейфу частиц к стенкам ловушки. Оба вида дрейфа частиц вызывают движение зарядов противоположного знака в разные стороны, в результате вверху образуется избыток отрицательных зарядов, а внизу – положительных. (рис.6). Это приводит к появлению электрического поля, которое перпендикулярно магнитному полю. Возникшее электрическое поле вызывает электрический дрейф частиц и плазма как целое устремляется к наружной стенке.

Идею магнитной термоизоляции плазмы в тороидальной ловушке можно спасти, если создать в ней магнитное поле специального типа, так чтобы линии магнитной индукции представляли собой не окружности, а винтовые линии, навивающиеся на тороидальную поверхность (рис.7). Такое магнитное поле можно создать либо с помощью специальной системы катушек, либо закручивая тор в фигуру, напоминающую цифру восемь («восьмерку»). Соответствующие устройства носят название стеллараторов (от слова «стеллар» – звездный). Другой способ, также позволяющий компенсировать дрейф плазмы в тороидальной ловушке, состоит в возбуждении вдоль тора электрического тока прямо по плазме. Систему с кольцевым током назвали токамак (от слов «токовая камера», «магнитные катушки»).

Существуют и другие идеи магнитного удержания плазмы. Одна из них заключается, например, в создании ловушек с магнитными «пробками» или так называемых «пробкотронов». В таких устройствах силовые линии продольного магнитного поля, сгущаются по направлению к торцам цилиндрической камеры, в которой находится плазма, напоминая своей формой горлышко бутылки (рис.8). Уходу заряженных частиц на стенки поперек продольного магнитного поля препятствует их закручивание вокруг силовых линий. Нарастание магнитного поля к торцам обеспечивает выталкивание циклотронных кружков в область более слабого поля, что и создает эффект магнитных «пробок». Магнитные «пробки» называют иногда магнитными зеркалами, от них, как от зеркала, отражаются заряженные частицы.

Диффузия плазмы поперек магнитного поля.

Предыдущий анализ поведения заряженных частиц в магнитном поле основывался на предположении об отсутствии столкновений частиц между собой. В действительности же частицы, конечно, взаимодействуют между собой, их столкновения приводят к тому, что они перескакивают с одной линии индукции на другую, т.е. перемещаются поперек силовых линии магнитного поля. Такое явление называют поперечной диффузией плазмы в магнитном поле. Анализ показывает, что скорость поперечной диффузии частиц уменьшается с увеличением магнитного поля (обратно пропорционально квадрату величины магнитной индукции B), а также с возрастанием температуры плазмы. Однако, на самом деле процесс диффузии в плазме оказывается более сложным.

Основную роль в поперечной диффузии плазмы играют столкновения электронов с ионами, при этом ионы, которые движутся вокруг силовых линий по окружностям большего радиуса, чем электроны, в результате столкновений «легче» переходят на другие силовые линии, т.е диффундируют поперек силовых линий быстрее, чем электроны. Из-за различной скорости диффузии частиц противоположного знака происходит разделение зарядов, которому препятствуют возникающие сильные электрические поля. Эти поля практически устраняют возникшую разницу в скоростях движения электронов и ионов, в результате чего наблюдается совместная диффузия разноименно заряженных частиц, которая называется амбиполярной диффузией. Такая диффузия поперек магнитного поля является также одной из важных причин ухода частиц на стенки в устройствах магнитного удержания плазмы.

Плазма как проводящая жидкость.

Если столкновения частиц в плазме играют значительную роль, рассмотрение ее на основе модели частиц, движущихся во внешних полях независимо друг от друга, становится не вполне оправданным. В этом случае более правильным является представление о плазме как сплошной среде, подобной жидкости. Отличие от жидкости состоит в сжимаемости плазмы, а также в том, что плазма является очень хорошим проводником электрического тока. Поскольку проводимость плазмы оказывается близкой к проводимости металлов, наличие токов в плазме приводит к сильному взаимодействию этих токов с магнитным полем. Движение плазмы, как проводящей жидкости, в электрическом и магнитном полях, изучается магнитной гидродинамикой.

В магнитной гидродинамике часто используют приближение идеально проводящей плазмы: это означает, что электрическое сопротивление плазмы считается очень малым (и, наоборот, проводимость плазмы – бесконечно большой). При движении плазмы относительно магнитного поля (или магнитного поля относительно плазмы) в плазме, в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея, должна возникнуть ЭДС индукции. Но эта ЭДС вызывала бы в идеально проводящей плазме бесконечно большой ток, что невозможно. Отсюда следует, что магнитное поле не может перемещаться относительно такой плазмы: силовые линии поля оказываются как бы «вклеенными» или «вмороженными» в плазму, перемещаясь вместе с ней.

Понятие «вморожености» магнитного поля играет большую роль в физике плазмы, позволяя описать многие необычные явления, наблюдаемые особенно в космической плазме. Вместе с тем, если сопротивление плазмы не равно нулю, то магнитное поле может перемещаться относительно плазмы, т.е. происходит как бы «просачивание» или диффузия магнитного поля в плазму. Скорость такой диффузии тем больше, чем меньше проводимость плазмы.

Если рассмотреть неподвижный объем плазмы, окруженный внешним магнитным полем, то в случае идеально проводящей плазмы это поле не может проникнуть внутрь объема. Плазма как бы «выталкивает» магнитное поле за свои пределы. О таком свойстве плазмы говорят как о проявлении ее диамагнетизма. При конечной проводимости магнитное поле просачивается в плазму и первоначально резкая граница между внешним магнитным полем и полем в самой плазме начинает размываться.

Эти же явления можно просто объяснить, если ввести понятие о силах, действующих на плазму со стороны магнитного поля или об эквивалентной этим силам величине магнитного давления. Пусть проводник с током, расположен перпендикулярно силовым линиям магнитного поля. – составляющая вектора плотности тока, направленная поперек магнитного поля. Примером может быть бесконечно длинный круговой цилиндр плазмы (плазменный шнур). Если плотность тока равна j, то легко убедиться, что на любую линию тока в плазменном цилиндре действует со стороны магнитного поля сила F, направленная к оси цилиндра, Совокупность этих сил стремится как бы сжать плазменный шнур. Полная сила, отнесенная к единице поверхности называется магнитным давлением. Величина этого давления определяется выражением

(18)

где m – магнитная проницаемость среды, m0 – магнитная постоянная (магнитная проницаемость вакуума). Пусть есть резкая граница между плазмой и вакуумом. В этом случае магнитное давление , действующее на поверхность плазмы извне, уравновешивается газокинетическим давлением плазмы p и давлением магнитного поля в самой плазме

Из соотношения следует, что индукция магнитного поля B в плазме меньше индукции магнитного поля B0 вне плазмы, и это можно рассматривать как проявление диамагнетизма плазмы.

Магнитное давление играет, очевидно, роль некоторого поршня, сжимающего плазму. Для идеально проводящей среды (pm = 0) действие этого поршня обеспечивает равновесие между магнитным давлением, приложенным извне к плазме, и гидростатическим давлением внутри нее, т.е. удержание плазмы магнитным полем. Если проводимость плазмы конечна, то граница плазмы размывается, магнитный поршень оказывается «дырявым», спустя некоторое время магнитное поле полностью проникает в плазму и уже ничто не препятствует разлету плазмы под действием ее гидростатического давления.

Волны в плазме.

Если в обычном нейтральном газе в каком-то месте возникает разрежение или уплотнение среды, то оно распространяется внутри газа от точки к точке в виде так называемой звуковой волны. В плазме, помимо возмущения давления (или плотности) среды, возникают колебания за счет разделения зарядов (лэнгмюровские или плазменные колебания). Простейшим и важнейшим способом возбуждения плазменных колебаний является, например, возбуждение их пучком быстрых электронов, проходящим через плазму, который вызывает смещение электронов плазмы из положения равновесия. Под совместным действием сил давления и электрического поля плазменные колебания начинают распространяться в среде, возникают так называемые лэнгмюровские или плазменные волны.

Распространение периодических колебаний в среде характеризуется длиной волны l, которая связана с периодом колебаний T соотношением

l = vT, где v – фазовая скорость распространения волны. Наряду с длиной волны рассматривают волновое число k = 2p/l. Поскольку частота колебаний w и период T связаны условием wT = 2p, то

(19) w = kv

Направление распространения волны характеризуется волновым вектором, равным по модулю волновому числу. Если направление распространения волны совпадает с направлением колебаний, то волну называют продольной. Когда колебания происходят перпендикулярно направлению распространения волны, она называется поперечной. Звуковые и плазменные волны являются продольными. Примером поперечных волн являются электромагнитные волны, которые представляют собой распространение в среде периодических изменений напряженности электрического и магнитного полей. Электромагнитная волна распространяется в вакууме со скоростью света C.

Для обычных звуковых и электромагнитных волн, распространяющихся в нейтральном газе, скорость их распространения не зависит от частоты волны. Фазовая скорость звука в газе определяется выражением

,

Где p – давление, r – плотность, g = cp/cv – показатель адиабаты (cp и cv – удельные теплоемкости газа при постоянном давлении и при постоянном объеме соответственно)/

Для волн, распространяющихся в плазме, наоборот, характерно наличие этой зависимости, которая носит название закона дисперсии. Электронные плазменные волны распространяются, например, с фазовой скоростью

(20) ,

где w0, – частота электронных плазменных колебаний, – квадрат скорости электронного звука.

Фазовая скорость электронных волн всегда больше скорости звуковых. Для больших длин волн фазовая скорость стремится к бесконечности – это значит, что весь объем плазмы колеблется с постоянной частотой w0.

Колебания ионов в плазме происходят с гораздо меньшей частотой из-за большой массы ионов по сравнению с электронами. Электроны, обладающие большей подвижностью, следуя за ионами, почти полностью компенсируют электрические поля, возникающие при таких колебаниях, поэтому распространение ионных волн происходит со скоростью ионного звука. Исследования показали, что ионно-звуковые волны в обычной равновесной плазме с температурой электронов Te, мало отличающейся от температуры ионов Ti, сильно затухают уже на расстояниях порядка длины волны. Однако практически незатухающие ионные волны существуют в сильно неизотермической плазме (Te>>Ti), при этом фазовая скорость волны определяется как v = (kTe/mi)1/2. Это соответствует так называемому ионному звуку с электронной температурой. В этом случае скорость заметно превышает тепловую скорость ионов vt ~ (kTi/mi)1/2.

Особый интерес представляет распространение электромагнитных волн в плазме. Закон дисперсии имеет в этом случае имеет вид

(21)

Распространение волны оказывается возможным только при условии, что частота волны w превышает электронную плазменную частоту w0. Если скорость электромагнитной волны в вакууме равна с (скорость света), то в веществе фазовая скорость распространения определяется формулой v = c/n, где n – показатель преломления среды. Из формул (19) и (21) следует

(22)

ри w w0 показатель преломления становится мнимым, это и означает, что при таком условии волна в плазме не может распространяться. Если после прохождения какой-то среды электромагнитная волна попадает на границу плазмы, то она проникает лишь в тонкий поверхностный слой плазмы, так как при выполнении условия w w0 колебания в электромагнитной волне являются «медленными». За период колебаний T заряженные частицы плазмы «успевают» распределиться таким образом, что возникающие в плазме поля препятствуют продвижению волны. В случае «быстрых» колебаний (w > w0) такое перераспределение не успевает произойти, и волна свободно распространяется по плазме.

В соответствии с формулой (2) электронная плазменная частота . Это позволяет для фиксированных значений ne находить предельное значение длины электромагнитной волны, выше которой она отражается от границы плазмы. Для оценки этой величины в случае прохождения электромагнитных волн в ионосфере Земли используется формула lпр = 2p(c/w0), где w0 определяется формулой (2). Максимальная концентрация электронов в ионосфере, согласно ракетным зондовым измерениям, равна 1012м–3 . Для плазменной частоты в этом случае получается значение w0 = 6·10–7с–1, а для длины волны lпр » 30 м. Следовательно, радиоволны с l > 30 м будут отражаться от ионосферы, а для дальней космической связи со спутниками и орбитальными станциями нужно использовать радиоволны со значительно меньшей длиной волны.

На использовании тех же теоретических выражений основывается важный метод диагностики плазмы – микроволновое зондирование. Плазму просвечивают направленным пучком электромагнитных волн. Если волна проходит через плазму и обнаруживается приемником, помещенным с другой стороны, то концентрация плазмы ниже предельной. «Запирание» сигнала означает, что концентрация плазмы выше предельной. Так, для обычно используемых в этом случае волн с длиной l = 3 см предельная электронная плотность составляет 1012 см–3 .

Картина распространения волн в плазме существенно усложняется при наличии внешнего магнитного поля. Только в том частном случае, когда направление электрических колебаний в волне происходит вдоль магнитного поля, электромагнитная волна в плазме ведет себя также как и в отсутствие магнитного поля. Наличие магнитного поля приводит к возможности распространения волн совершенно другого характера, чем в случае обычных электромагнитных волн. Такие волны возникают в том случае, когда направление электрических колебаний перпендикулярно внешнему магнитному полю. Если частота колебаний электрического поля мала по сравнению с циклотронными частотами в плазме, то плазма ведет себя просто как проводящая жидкость, и поведение ее описывается уравнениями магнитной гидродинамики. В этой области частот параллельно магнитному полю распространяются магнитогидродинамические волны, а перпендикулярно ему – магнито-звуковые. Физическую природу этих волн можно наглядно представить, воспользовавшись понятием вмороженного магнитного поля.

В магнито-звуковой волне вещество вместе с вмороженным в него полем перемещается вдоль направления распространения волны. Механизм явления аналогичен обычному звуку, только вместе с колебаниями давления (плотности) самой плазмы вдоль того же направления возникают сгущения и разрежения силовых линий вмороженного магнитного поля. Скорость распространения волны может быть найдена по обычной формуле для скорости звука, в которой дополнительно учтено наличие магнитного давления. В результате скорость волны

(23)

(Показатель адиабаты для магнитного давления gm = 2). Если отношение газового давления к магнитному мало, то

(24)

Механизм распространения волн в направлении, параллельном магнитному полю, можно сравнить с распространением волны вдоль колеблющейся струны. Скорость движения вещества здесь перпендикулярна направлению распространения. Силовые линии магнитного поля играют роль как бы упругих нитей (струн), и механизм колебаний здесь состоит в «изгибании» магнитных силовых линий вместе с «приклеенной» к ним плазмой. Несмотря на различие в механизмах явления (по сравнению с предыдущим случаем), скорость распространения магнитогидродинамических волн при низких частотах в точности равна скорости магнитного звука VA (24). Магнитогидродинамические волны были открыты шведским астрофизиком Альфвеном в 1943 и в его честь носят имя альфвеновских волн.

Владимир Жданов

Содержит ли пламя плазму? | Научные вопросы с неожиданными ответами

Категория: Физика      Опубликовано: 28 мая 2014 г.

Большинство языков пламени недостаточно горячие, чтобы превратиться в плазму. Изображение общественного достояния, источник: Кристофер С. Бэрд.

Ответ на этот вопрос сложнее, чем думает большинство людей. Некоторые языки пламени содержат плазму, а некоторые нет. Чтобы правильно ответить на этот вопрос, мы действительно должны сначала строго определить, что мы подразумеваем под «плазмой».Учебник определяет плазму как ионизированный газ. «Ионизированный газ» означает, что некоторые электроны полностью отрываются от атомов, составляющих газ. Эффективно свободные электроны заряжены отрицательно, а образующиеся в результате ионизированные атомы в конечном итоге заряжены положительно. «Ион» — это атом с неравным количеством электронов и протонов. Это определение является хорошей отправной точкой, но оно недостаточно точное. Каждый газ содержит несколько ионов и свободных электронов, но не каждый газ является плазмой.Должна быть какая-то точка отсечки, когда в газе достаточно ионов, чтобы он начал действовать как плазма.

Что значит вести себя как плазма? Плазма — это ионизированный газ, отражающий низкочастотные электромагнитные волны, такие как радиоволны. Описываемая на более базовом уровне, плазма экранирует электрические поля. Плазма способна сделать это, потому что достаточное количество отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных ионов локально свободны и способны коллективно связываться друг с другом на большом расстоянии.Коллективное поведение ионов и электронов означает, что они способны сильно реагировать на падающие электрические поля и двигаться, нейтрализуя эти поля. Следовательно, более строгое определение плазмы — это газ, в котором достаточно свободных электронов и ионов, чтобы они действовали коллективно. Расстояние, на которое внешнее электрическое поле может проникнуть в облако заряженных частиц, характеризуется «длиной Дебая». Чем больше атомов ионизировано, тем сильнее коллективные колебания зарядов и тем меньше длина Дебая.Поэтому самым строгим определением плазмы является ионизированный газ с достаточной ионизацией, при которой длина Дебая значительно меньше ширины газового облака.

В пламени ионизация атомов воздуха происходит потому, что температура достаточно высока, чтобы заставить атомы врезаться друг в друга и отрывать электроны. Следовательно, в пламени степень ионизации зависит от температуры. (Другие механизмы могут привести к ионизации. Например, при молнии сильные электрические токи вызывают ионизацию.В ионосфере солнечный свет вызывает ионизацию. Суть в том, что пламя становится плазмой только в том случае, если оно становится достаточно горячим. Пламя при более низких температурах не содержит достаточной ионизации, чтобы стать плазмой. С другой стороны, высокотемпературное пламя действительно содержит достаточно свободных электронов и ионов, чтобы действовать как плазма.

Например, у обычной восковой свечи пламя горит при максимальной температуре 1500 градусов по Цельсию, что слишком мало для создания очень большого количества ионов.Таким образом, пламя свечи не является плазмой. Обратите внимание, что яркие красно-оранжево-желтые цвета, которые мы видим в пламени, не созданы из-за того, что пламя является плазмой. Скорее, эти цвета излучаются не полностью сгоревшими частицами топлива («сажей»), которые настолько горячие, что светятся, как элемент электрического тостера. Если вы накачаете достаточное количество кислорода в пламя, сгорание станет полным, и красно-оранжево-желтое пламя исчезнет. Имея это в виду, должно быть ясно, что пламя свечи испускает свет, даже если это не плазма.По данным Коалиции за науку о плазме, в отличие от пламени свечи, некоторые горящие смеси ацетилена могут достигать 3100 градусов по Цельсию с соответствующей длиной Дебая 0,01 миллиметра. Таким образом, такое пламя является плазмой (если пламя намного больше 0,01 миллиметра, что обычно и бывает). Другое пламя, в том числе пламя от костров, пропановых печей и зажигалок, имеет температуру, лежащую где-то между этими двумя крайностями, и поэтому может быть плазмой, а может и не быть.Повседневное пламя, например, от сжигания дерева, древесного угля, бензина, пропана или природного газа, обычно недостаточно горячее, чтобы действовать как плазма.

Темы: Длина Дебая, горение, огонь, пламя, ионизация, плазма, температура

тепла — это огненная плазма?

Во-первых, «Огонь», по многочисленным комментариям и ответам [здесь][1] — это «процесс», в таком случае ответ на вопрос будет «нет», так как плазма — это состояние вещества.Было бы несправедливо оставить его там, обвиняя семантику, и, учитывая обильные ссылки на область «пламя», я собираюсь предположить, что именно это и имел в виду вопрос. Я также предполагаю, что доказательство того, что пламя свечи представляет собой плазму, достаточно для достаточного ответа на вопрос.

Из некоторых статей (быстрый поиск в Google дал мне [2,3]), что пламя имеет ионизированное содержимое и что оно электропроводно. Я подозревал, что не все пламена являются проводящими, но [3] включает утверждение:

Давно известно, что пламя обладает высокой электропроводностью и может искажаться электрическим полем.

Источники [4] и [5], а также множество других источников, включая видео на YouTube [6], утверждают, что пламя свечи ионизировано, и именно поэтому на пламя воздействует электрическое поле.

Теперь это плазма?

«Плазменная коалиция», которая представляет собой коалицию многих известных институтов по всему миру [7], утверждает, что одной ионизации недостаточно, но необходимо ионизировать достаточное количество атомов, чтобы существенно повлиять на электрические характеристики газа, чтобы его можно назвать плазмой.В одном из своих документов [8] это описание расширено очень подробно.

На самом деле этому вопросу посвящена статья [8], в которой говорится, что некоторые языки пламени содержат плазму, а другие нет. Далее достаточно подробно раскрывается, утверждая, что ответ зависит от региона, что сжигается, температуры и т.д.

Он также признает, что текущие знания о пламени весьма ограничены, чтобы окончательно установить плотность заряженных частиц в месте расположения частиц в пламени по состоянию на 2008 год.

Множество источников, утверждающих, что пламя (например, пламя свечи) является плазмой, ссылаются на тот факт, что оно ионизировано.

Книга Фрэнсиса Ф. Чена [10] включает в себя упражнение на странице 12, в котором подразумевается, что типичное пламя представляет собой плазму. Это утверждение повторяется в [4] и [5] (относится к пламени свечи).

Мой вывод

Я понимаю, что в статье [8] Plasma коалиции говорится, что температура свечи слишком низка для значительной ионизации, но технически, эксперименты, приведенные выше [2,4,6], демонстрирующие значительный эффект пламени в электрическом поле в сочетании с теоретическими предсказаниями [3,10], кажется, подразумевает, что пламя действительно является плазмой.Даже по условию, заявленному самой Плазменной Коалицией [11]!

Мне показалось интересным, что в старой статье [3] избыточное количество ионов, образующихся в углеводородных пламенах, предлагается объяснять тем, что это частично связано с кумулятивным возбуждением или хемиионизацией. Не знаю, актуально ли это сегодня.

$\ \ $ [1] Огонь — материя или энергия?

$\ \ $ [2] Электрические свойства пламени: Пламя горелки в продольных электрических полях.Хартвелл Ф. Калкот и Роберт Н. Пиз. Индивидуальный инж. хим. 43 № 12, стр. 2726–2731 (1951).

$\ \ $ [3] Механизмы образования ионов в пламени. Х. Ф. Калькоте. Горение. Пламя. 1 № 4, стр. 385–403 (1957).

$\ \ $ [4] Волны в пыльной космической плазме . Франк Верхест (Kluwer Academic, 2000, Нидерланды).

$\\$ [5] Солнце, Земля и Небо . Кеннет Р. Ланг (Springer, 2006, Берлин).

$\ \ $ [6] Что находится в пламени свечи , Канал Veritasium на YouTube.

$\ \ $ [7] О Коалиции по науке о плазме .

$\\$ [8] О плазме . Коалиция науки о плазме, 2008 г.

.

$\ \ $ [9] Плазменное состояние вещества. Конспект лекций по электродинамике PX384 в Уорикском университете, глава IV. Эрвин Вервичте, 2013.

$\ $ [10] Введение в физику плазмы и управляемый синтез .Фрэнсис Чен. Доступно здесь на данный момент.

$\ $ [11] Что такое плазма? . Коалиция за науку о плазме, 2000 г.

В: Является ли огонь плазмой? Что такое плазма?

Физик : Вообще говоря, когда газ становится достаточно горячим, чтобы его можно было увидеть, это уже плазма.

Большая разница между обычным газом и плазмой заключается в том, что в плазме значительная часть атомов ионизирована. То есть газ настолько горячий, а атомы так сильно ударяются друг о друга, что некоторым электронам дается достаточно энергии, чтобы (временно) покинуть свои атомы-хозяева.Наиболее важным эффектом этого является то, что плазма приобретает некоторые электрические свойства, которых нет у неионизированного газа; он становится проводящим и реагирует на электрические и магнитные поля. На самом деле, это отличный тест на то, является ли что-то плазмой.

Например, наше Солнце (или любая звезда) представляет собой миазмы раскаленной плазмы. Один из способов увидеть это — заметить, что солнечные вспышки, которые вырываются с его поверхности, направлены вдоль магнитных полей Солнца (как правило, искривленных и пятнистых).

Солнечная вспышка в рентгеновском спектре. Материал вспышки, представляющий собой плазму, подвергается воздействию и направляется магнитным полем Солнца. Обычно это возвращает его на поверхность (что к лучшему).

Мы также видим проводимость плазмы в «игрушках», таких как Лестница Иакова. Искровые разрядники обладают странным свойством: чем выше ток, тем больше ионизирован воздух в зазоре и тем ниже сопротивление (больше плазмы = больше проводимость). По этому принципу построены даже страшные машины.По сути, для того, чтобы материал был проводящим, в нем должны быть заряды, которые могут свободно перемещаться. В металлах эти заряды распределяются между атомами; электроны могут переходить от одного атома к другому. Но в плазме сам материал является бесплатным зарядом. Токопроводящий почти по определению.

Лестница Иакова. Электричество легче проходит через длинную нить высокопроводящей плазмы, чем через крошечную щель из плохо проводящего воздуха.

Как оказалось, огонь проходит все эти испытания с честью. Огонь — это настоящая плазма. Может быть, не самая лучшая плазма или не самая ионизированная плазма, но сойдет.

Свободные заряды внутри пламени толкаются и притягиваются электрическим полем между этими пластинами, и по мере движения этих заряженных частиц они увлекают за собой остальную часть пламени.

Даже небольшие и относительно холодные огни, такие как пламя свечи, сильно реагируют на электрические поля и даже обладают хорошей проводимостью.Здесь есть красивое видео, которое демонстрирует это намного лучше, чем этот пост.

Изображение свечи отсюда, а изображение лестницы Иакова отсюда.

Является ли огонь газом, жидкостью или твердым телом?

Древние греки и алхимики считали, что огонь сам по себе является элементом, наряду с землей, воздухом и водой. Однако современное определение элемента относится к количеству протонов, которыми обладает чистое вещество. Огонь состоит из множества различных веществ, поэтому он не является элементом.

По большей части огонь представляет собой смесь горячих газов. Пламя является результатом химической реакции, в первую очередь между кислородом воздуха и топливом, таким как древесина или пропан. В дополнение к другим продуктам реакции образуются углекислый газ, пар, свет и тепло. Если пламя достаточно горячее, газы ионизируются и становятся еще одним состоянием материи: плазмой. Сжигание металла, такого как магний, может ионизировать атомы и образовывать плазму. Этот тип окисления является источником интенсивного света и тепла плазменной горелки.

В то время как в обычном огне происходит небольшая ионизация, большая часть вещества в пламени представляет собой газ. Таким образом, самый безопасный ответ на вопрос «Каково состояние материи огня?» можно сказать, что это газ. Или можно сказать, что это в основном газ с меньшим количеством плазмы.

Различные части пламени

Есть несколько частей пламени; каждый состоит из разных химических веществ.

  • У основания пламени кислород и пары топлива смешиваются в виде несгоревшего газа.Состав этой части пламени зависит от используемого топлива.
  • Выше находится область, где молекулы реагируют друг с другом в реакции горения. Опять же, реагенты и продукты зависят от природы топлива.
  • Выше этой области горение завершается, и можно обнаружить продукты химической реакции. Обычно это водяной пар и углекислый газ. Если сгорание неполное, огонь может также выделять крошечные твердые частицы сажи или пепла.Дополнительные газы могут выделяться при неполном сгорании, особенно «грязного» топлива, такого как окись углерода или двуокись серы.

Хотя это трудно увидеть, пламя распространяется наружу, как и другие газы. Отчасти это трудно наблюдать, потому что мы видим только ту часть пламени, которая достаточно горяча, чтобы излучать свет. Пламя не круглое (кроме как в космосе), потому что горячие газы менее плотны, чем окружающий воздух, поэтому они поднимаются вверх.

Цвет пламени указывает на его температуру и химический состав топлива.Пламя излучает свет накаливания, а это означает, что свет с наибольшей энергией (самая горячая часть пламени) — синий, а свет с наименьшей энергией (самая холодная часть пламени) — более красный. Химический состав топлива также играет свою роль, и это является основой для испытания пламенем для определения химического состава. Например, синее пламя может казаться зеленым, если присутствует борсодержащая соль.

DARPA использует холодную плазму для подавления и тушения огня

Работая над инновационными подходами к тушению пожаров, DARPA изучает технологии управления пламенем и его тушения с помощью физики.Они смогли подавить огонь, используя электромагнитные и акустические волны, которые взаимодействуют с плазмой пламени, вместо традиционного подхода вмешательства в химические реакции, используемые при горении.

Пожар в закрытых военных помещениях, таких как трюмы кораблей, кабины самолетов и наземные транспортные средства, является основной причиной разрушения материалов и ставит под угрозу жизнь бойцов. Например, пожар на борту авианосца USS George Washington в мае 2008 года горел в течение 12 часов и причинил ущерб примерно в 70 миллионов долларов.В течение почти 50 лет, несмотря на серьезность угрозы пожара, не было разработано никаких новых методов тушения или управления огнем. В 2008 году DARPA запустило программу Instant Fire Suppression (IFS) для разработки фундаментального понимания пожара с целью изменения подходов к тушению пожаров.

Традиционные технологии пожаротушения в основном направлены на нарушение химических реакций, происходящих при горении. Однако с точки зрения физики пламя — это холодная плазма.DARPA предположило, что, используя методы физики, а не химию горения, можно управлять пламенем и тушить его. Для этого потребовались новые исследования, чтобы понять и количественно оценить взаимодействие электромагнитных и акустических волн с плазмой в пламени.

Программа IFS выполнялась в два этапа. На этапе I исполнители изучали фундаментальную науку о подавлении и контроле пламени, изучая ряд подходов, прежде чем перейти к электромагнетизму и акустике.На этапе II исполнители определили механизмы электрического и акустического подавления и оценили масштабируемость этих подходов для оборонных приложений.

Одной из исследованных технологий была новая система пожаротушения, в которой использовался ручной электрод для тушения небольших возгораний газообразного метана и жидкого топлива. На видео ниже исполнители проводят электродом над зажженной группой горелок и постепенно гасят 10-сантиметровое 2 газовое пламя. Поскольку электрод покрыт керамическим стеклом, ток между электродом и его окружением не устанавливается.Визуализация газовых потоков во время тушения показала бы, что осциллирующее поле индуцирует серию быстрых струй, которые смещают зону горения от источника топлива, что приводит к тушению пожара. Проще говоря, электрическое поле создает ионный ветер, который задувает пламя. Этот же подход не смог подавить небольшое пламя в бассейне с гептаном.

Исполнители также оценили использование акустических полей для подавления пламени. На видео ниже пламя гасится акустическим полем, генерируемым динамиками по обе стороны от резервуара с топливом.В этом подходе действуют две динамики. Во-первых, акустическое поле увеличивает скорость воздуха. По мере увеличения скорости пограничный слой пламени, в котором происходит горение, истончается, что облегчает разрушение пламени. Во-вторых, возмущая поверхность ванны, акустическое поле приводит к более интенсивному испарению топлива, что расширяет пламя, но также снижает общую температуру пламени. Горение нарушается, так как то же количество тепла распространяется на большую площадь. По сути, в этой демонстрации исполнители использовали динамики для воспроизведения звука на определенных частотах, которые гасят пламя.

IFS Phase II был завершен в декабре 2011 года. Исполнителям IFS удалось продемонстрировать способность локально подавлять, тушить и управлять небольшим пламенем с помощью электрических и акустических методов подавления. Однако из исследования неясно, как эффективно масштабировать эти подходы до уровней, необходимых для оборонных приложений.

Говоря об общем влиянии программы IFS, Мэтью Гудман, руководитель программы DARPA, сказал: «Мы показали, что физика горения по-прежнему готовит для нас сюрпризы.Возможно, эти результаты подтолкнут к новым идеям и приложениям в исследованиях горения».

Например, данные, собранные программой IFS, потенциально могут быть применены к обратной задаче пожаротушения, а именно к повышению эффективности сгорания. Такая технология может быть особенно полезна для оборонных технологий, использующих небольшие двигатели.

Изображение: DARPA

Плазменный шар Promethean Fire Series II — Аврора Плазменный Дизайн

О нашем плазменном шаре Promethean Fire Series II

Это вторая серия нашего популярного глобуса «Прометейский огонь».Эта новая серия будет снабжена латунной табличкой, обозначающей земной шар как «Promethean Fire Series II».

Этот уникальный глобус требует «периода обкатки» для достижения оптимальных характеристик отображения. Глобус прекрасен с первого дня, но примерно через 1000–2000 часов работы он станет еще лучше. Это описание следует за этим процессом созревания. Ниже на странице также есть видео-сравнение.

Глобус ранней стадии

Плазменная сфера «Прометейский огонь» создает неземную синюю ауру, которая светится интенсивнее по мере увеличения мощности.Зеленовато-белые, тонкие, мягкие усики появляются на центральном электроде, когда глобус включен. По мере увеличения мощности центральный электрод и внутренняя стенка шара начинают светиться голубым, а внутренняя часть заполняется голубоватым туманом. Все это представляет собой приятный контрастный фон, когда постоянно увеличивающиеся зеленые и белые усики тянутся и ударяют по стеклу. Когда уровень мощности приближается к 50%, некоторые щупальца прорываются яркими белыми молниями, которые очень энергичны.

Верхний диапазон мощности — это место, где сфера огня Прометея начинает показывать, почему она действительно особенная.К настоящему времени удары молнии заполняют земной шар, и если положить руку на земной шар, появятся усики с устойчивыми петлевыми характеристиками, которые другие наши глобусы не могут воспроизвести. Эти долговременные эффекты, похожие на веревку, — это то, чего мы пытались добиться, когда разрабатывали газовую смесь.

Зрелый «взломанный» глобус

Новые глобусы обычно слишком активны, чтобы получить наилучшие эффекты зацикливания, но по мере их созревания эффекты смягчаются и немного замедляются, когда глобус остается нетронутым.Это смягчение и утолщение усиков также приводит к тому, что зеленоватый цвет становится более ярким. С этим созреванием рука теперь будет производить более устойчивые красивые длинные веревки с петлями при прикосновении к земному шару. Этот период обкатки занимает от 1000 до 2000 часов работы, но глобусы великолепны с первого дня, поэтому мы настоятельно рекомендуем вам наслаждаться каждым часом и не торопить процесс.

Через 3 000–5 000 часов оставленный без присмотра шар будет иметь яркие зеленовато-белые щупальца, медленно развивающиеся в голубоватом тумане внутри шара цвета электрик, с периодическими спонтанными ударами белых молний по стеклу.Прикосновение к земному шару оживит его! Длинные петлеобразные усики тянутся к вашей руке, и вы можете тянуть их вниз по земному шару и отпускать, чтобы они сами взорвались о основание и электродную башню.

Мы обнаружили, что примерно через 3000-5000 часов эффект шара стабилизируется. (Если вам интересно, мы установили электронные измерители времени в основании наших тестовых глобусов и периодически снимали их на видео). Основное видео на этом сайте показывает наш тестовый глобус, когда он наработал всего около 10 000 часов.Есть еще одно видео, в котором показано сравнение трех глобусов на разных стадиях процесса созревания. Пожалуйста, имейте в виду, что нет двух абсолютно одинаковых глобусов, и наше тестирование может дать только близкое приближение к тому, что можно ожидать от другого глобуса.

Сравнение возраста с эффектом плазмы

Важное примечание: Все фото и видео на нашем сайте были сняты почти в полной темноте. Описания эффектов основаны на наблюдениях за глобусами в такой же ближней темноте.Так же, как северное сияние невозможно увидеть днем, эффекты нашего земного шара лучше всего видны в затемненной среде. Повышение уровня окружающего освещения приведет к размытию цветов эффекта до тех пор, пока они почти не исчезнут при ярком солнечном свете.

Также имейте в виду, что нет двух абсолютно одинаковых плазменных глобусов, и могут быть небольшие различия в цвете и эффекте от глобуса к глобусу. Мы прилагаем все усилия, чтобы сфотографировать и представить наши глобусы как можно точнее, но из-за различий в способе отображения цветов на экране вашего компьютера то, что вы видите на экране, может в некоторой степени отличаться от фактического плазменного глобуса, который вы получаете.

Скульптуры Cedar Creek Плазменная резка Ямы для костра

Кто Fyre Direct?

Мы специалисты по каминам. Мы увлечены продукцией, которую продаем, будь то камины, ямы для костра, печи, обогреватели, грили и аксессуары. Мы также очень заботимся о наших клиентах. Наша цель – стать самым клиентоориентированным брендом на рынке каминов. Среди наших клиентов есть молодые и пожилые домовладельцы, любители сада и барбекю, профессионалы и, в основном, семьи, которые стремятся собрать своих близких вокруг успокаивающего тепла старинного камина!

Что отличает нас от остальных? У крупных розничных продавцов не хватает специальных знаний, чтобы ответить на конкретные вопросы о сборке, гарантии и преимуществах продукта для функций.Мы знаем наши камины и их технические характеристики внутри и снаружи, поэтому мы можем предоставить вам подробную информацию и компетентные ответы на любые вопросы, которые могут у вас возникнуть.

Почему стоит покупать Fyre Direct?
  • Обслуживание клиентов мирового класса.
  • БЕСПЛАТНАЯ доставка в нижнюю часть 48 США при каждом заказе  и без налога с продаж  за пределами Вайоминга.
  • Каждый камин поставляется на 95% собранным  с минимальной сборкой.
  • Мы гарантируем, что наши цены самые низкие онлайн.
  • Мы работаем с 2010 года  и имеем тысячи довольных клиентов , посмотрите, что они сказали здесь!

 

Наша миссия
  1. Наша основная миссия здесь, в Fyre Direct, состоит в том, чтобы показать заядлым домохозяйкам, что мы можем предоставить им услуги, в которых они могут найти качественные камины по отличным ценам. Мы знаем, как сделать дом домом, и мы знаем, что вам нужно, поэтому позвольте нам помочь вам найти правильный камин для дома вашей мечты!
  2. Мы хотим убедиться, что вы не переплачиваете за свой новый камин! Мы понимаем, как обидно купить что-то, а потом узнать, что оно продается где-то еще.Здесь, в Fyre Direct, мы сравняем цены с кем угодно, чтобы убедиться, что вы получите лучшее предложение на всем пути до вашей входной двери!

 

Мы знаем, как важно получить выгоду от вашей покупки, поэтому мы предлагаем:

 

Все еще беспокоитесь о цене?

Несколько причин, почему люди любят делать покупки у нас

 

Мы понимаем, что покупка камина — это значительная инвестиция, поэтому мы хотим максимально упростить для вас процесс покупки.

Разместите свой заказ сегодня, и если у вас есть какие-либо вопросы, позвоните нам или напишите нам по телефону [email protected] .

 

Наша история 

Основатели Дэниел и Мелисса запустили FyreDirect.com, чтобы помочь тем, кто хочет превратить свой дом в убежище, в котором можно расслабиться и которым можно гордиться!

В 2010 году Даниэль и Мелисса, молодая пара с большими мечтами, вместе начали свой путь к собственному дому. В то же время Мелисса несколько лет работала в отделе ремонта и дизайна недвижимости, продолжая идти по стопам семейного бизнеса.Даниэль работал полный рабочий день, одновременно изучая онлайн-маркетинг, и намеревался вскоре начать свой собственный онлайн-бизнес.

Летом того же года, обустроившись в новом доме, они решили объединить свои усилия и объединить свои навыки в деловом предприятии, наполненном страстью. Они понятия не имели, с чего даже начать, но после многих бесед они оба осознали потенциал, который их совокупные знания и опыт могут предложить другим домохозяйкам. Они начали изучать возможность открытия собственного интернет-магазина каминов.

Вскоре они поняли, что не могут найти интернет-магазин, в котором было бы легко совершать покупки или в котором был бы широкий выбор каминов. Многим также не хватало образовательных статей, чтобы помочь людям научиться понимать и обслуживать свои камины. Это дало им возможность продемонстрировать свои знания и предложить клиентам свой опыт, чтобы помочь тем, кто хочет делать покупки, просматривать и учиться в одном месте. Это привело к созданию FyreDirect.com, того самого веб-сайта, на котором вы сейчас находитесь!

Сегодня мы остаемся верными нашему плану и работаем только онлайн.Мы стремимся оставаться такими, чтобы предлагать нашим клиентам самые низкие цены от производителя, кратчайшие сроки доставки и обслуживание клиентов мирового класса по телефону, электронной почте и в чате. Работа только в Интернете означает, что мы можем предложить все это, не жертвуя ни одной из вещей, которые вдохновили нас начать этот бизнес, в первую очередь, такими как возможность путешествовать и помогать людям по всему миру.

 

Свяжитесь с нами

Вы можете позвонить в нашу службу поддержки клиентов с 8:00 до 16:00 по тихоокеанскому времени с понедельника по пятницу по номеру 1 (800) 643-4143.

Вы можете общаться в чате с нашей службой поддержки клиентов  24 часа в сутки, 7 дней в неделю, просто найдите кнопку в правом нижнем углу с надписью «Общайтесь с нашей службой поддержки».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *