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一起來了解物質的等離子體

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收藏 來源:福建中考網2017-04-28 14:46:44

 如果對氣體持續加熱,加熱到一定溫度,氣體中的分子分解為原子并發生電離,就形成了由離子、電子和中性粒子組成的氣體,這種狀態稱為等離子體。等離子體通常被視為物質除固態、液態、氣態之外存在的第四種形態。等離子體與氣體的性質差異很大。

  電離等離子體和普通氣體的最大區別是它是一種電離氣體。由于存在帶負電的自由電子和帶正電的離子,是很好的導體,有很高的電導率。組成粒子和一般氣體不同的是,等離子體包含兩到三種不同組成粒子:自由電子,帶正電的離子和未電離的原子。輕度電離的等離子體,離子溫度一般遠低于電子溫度,稱之為“低溫等離子體”。高度電離的等離子體,離子溫度和電子溫度都很高,稱為“高溫等離子體”。相比于一般氣體,等離子體組成粒子間的相互作用也大很多。

  

  等離子體從1879年發現后,到現在已經應用于機械加工、化工、冶金、發電、作物育種等領域,顯示了它的獨特魅力。

  等離子體機械加工

  利用等離子體噴槍產生的高溫高速射流,可進行焊接、堆焊、噴涂、切割、加熱切削等機械加工。等離子弧焊接比鎢極氬弧焊接快得多。1965年問世的微等離子弧焊接,火炬尺寸只有2~3毫米,可用于加工十分細小的工件。等離子弧堆焊可在部件上堆焊耐磨、耐腐蝕、耐高溫的合金,用來加工各種特殊閥門、鉆頭、刀具、模具和機軸等。利用電弧等離子體的高溫和強噴射力,還能把金屬或非金屬噴涂在工件表面,以提高工件的耐磨、耐腐蝕;、耐高溫氧化、抗震等性能。等離子體切割是用電弧等離子體將被切割的金屬迅速局部加熱到熔化狀態,同時用高速氣流將已熔金屬吹掉而形成狹窄的切口。等離子體加熱切削是在刀具前適當設置一等離子體弧,讓金屬在切削前受熱,改變加工材料的機械性能,使之易于切削。這種方法比常規切削方法提高工效5~20倍。

  

  等離子體化工

  利用等離子體的高溫或其中的活性粒子和輻射來促成某些化學反應,以獲取新的物質。如用電弧等離子體制備氮化硼超細粉,用高頻等離子體制備二氧化鈦(鈦白)粉等。

  等離子體冶金

  從20世紀60年代開始,人們利用熱等離子體熔化和精煉金屬,現在等離子體電弧熔煉爐已廣泛用于熔化耐高溫合金和煉制高級合金鋼;還可用來促進化學反應以及從礦物中提取所需產物。

  等離子體表面處理

  用冷等離子體處理金屬或非金屬固體表面,可顯著改變固體的表面性能。如在光學透鏡表面沉積10微米的有機硅單體薄膜,可改善透鏡的抗劃痕性能和反射指數;用冷等離子體處理聚酯織物,可改變其表面浸潤性。這一技術還常用于金屬固體表面的清洗和刻蝕。

  等離子發電

  燃燒產生的等離子體還用于磁流體發電。

  

  等離子體推進

  上世紀70年代以來,人們利用電離氣體中電流和磁場的相互作用力使氣體高速噴射而產生的推力,制造出磁等離子體動力推進器和脈沖等離子體推進器。它們的比沖(火箭排氣速度與重力加速度之比)比化學燃料推進器高得多,已成為航天技術中較為理想的推進方法。

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