Закон Дальтона. Давление смеси идеальных газов равно сумме их парциальных давлений.
Парциальным объемом газа в смеси называется тот объем, который имел бы этот газ, если бы из смеси все остальные газы были удалены, а давление и температура сохранились прежними.
Удельное энергосодержание - кинетическая энергия всех молекул газа, содержащихся в единице объема, равное давлению газа:
и>, [Н/м2] - Р, [Дж/м3].
Для воздушной атмосферы во всех газодинамических расчетах принимается давление на уровне океана равным 1 атм. - 760 мм.рт.ст. = 1,0132510-105 Н/м2 (при t = +20°С), что соответствует 1,0132510 105 Дж/м2.
Полное энергосодержание газа, заключенного в объеме V, равно:
W = PV, Дж.
11.5. Плазма
11.5.1. Основные понятия
Термин «плазма» был введен в 1923 г. американскими физиками И.Ленг-мюром и Л.Тонксом, проводившими зондовые измерения параметров низкотемпературной газоразрядной плазмы. Кинетика плазмы рассматривалась в работах Л.Ландау (1936 и 1946), А.Власова (1938). В 1942 г. Х.Альфен предложил уравнения магнитной гидродинамики для объяснения ряда явлений в космосе. В 1950 г. И.Е.Тамм и А.Д.Сахаров предложили идею магнитной термоизоляции плазмы. В 50-70-е годы XX в. изучение плазмы стимулировалось различными практическими применениями плазмы, развитием астрофизики и космофизики, а также физики верхней атмосферы Земли в связи с полетами космических летательных аппаратов.
Плазмой называется частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы. При достаточно сильном нагревании любое вещество испаряется, превращаясь в газ. Если увеличить температуру и дальше, то резко усилится процесс термической ионизации, т.е. молекулы газа начнут распадаться на составляющие их атомы, которые затем превращаются в ионы - электрически заряженные частицы. Ионизация газа, кроме того, может быть вызвана его взаимодействием с электромагнитным излучением (фотоионизация) или бомбардировкой газа заряженными частицами.
В состоянии плазмы находится подавляющая часть вещества Вселенной — звезды, звездные атмосферы, галактические туманности и межзвездная среда.
Около Земли плазма существует в виде солнечного ветра, заполняет магнитосферу Земли, образуя радиационные пояса Земли, и ионосферу. Процессами в околоземной плазме обусловлены магнитные бури и полярные сияния. Отражением радиоволн от ионосферной плазмы обеспечивается возможность дальней радиосвязи на Земле.
В лабораторных условиях и промышленных применениях плазму образуют в электрическом разряде в газах (дуговом разряде, искровом разряде, тлеющем разряде и т.п.), в процессах горения и взрыва и пр.
Возможные значения плотности плазмы (число электронов или ионов в 1 куб.см.) расположены в очень широком диапазоне от Ю^в межгалактическом пространстве, 10 - в солнечном ветре и до 1022 -в твердом теле.
Свободные заряженные частицы - особенно электроны - легко перемещаются под действием электрического поля. В состоянии равновесия пространственные заряды входящих в состав плазмы отрицательных электронов и положительных ионов должны компенсировать поле внутри плазмы.
Плазма называется идеальной, если потенциальная энергия взаимодействия частиц мала по сравнению с их тепловой энергией. В противном случае плазма является или слабо неидеальной, или неидеальной.
Помимо хаотического теплового движения частицы плазмы могут участвовать в упорядоченных «коллективных процессах», из которых наиболее характерны продольные колебания пространственных зарядов, называемые ленгмю-ровскими волнами. Колебания и неустойчивости плазмы обусловлены дальностью кулоновского взаимодействия частиц, блогодаря чему плазму можно рассматривать как упругую среду, в которой легко возбуждаются различные шумы, колебания и волны.
В резком отличии свойств плазмы от свойств нейтральных газов определяющую роль играют два фактора. Во-первых, взаимодействие частиц плазмы между собой характеризуется кулоновскими силами притяжения и отталкивания, убывающими с расстоянием гораздо медленнее, чем силы взаимодействия нейтральных частиц. По этой причине взаимодействие частиц в плазме является не парным, а коллективным: одновременно взаимодействует друг с другом большое число частиц. Во-вторых, электрические и магнитные поля очень сильно действуют на плазму в отличие от нейтральных газов.
11.5.2. Основные свойства плазмы
Степенью ионизации плазмы называется отношение числа ионизированных атомов к полному их числу в единице объема плазмы. В зависимости от этой величины говорят о слабо, сильно или полностью ионизированной плазме.
Средние значения энергий различных типов частиц, составляющих плазму, могут отличаться друг от друга. В таком случае различают электронную температуру, ионную температуру и температуру нейтральных атомов. Подобная плазма называется неизотермической; плазма, для которой температуры всех компонентов равны, называется изотермической.
