等离子体实验报告
等离子体实验报告
等离子体实验报告等离子体实验报告引言:等离子体是一种高度激发的物质状态,具有独特的物理性质和广泛的应用前景。
本实验旨在通过制备等离子体并研究其性质,探索其在科学研究和工业应用中的潜力。
1. 实验原理等离子体是由离子和自由电子组成的,其中的电子被高能量的热激发或电场激发所产生。
等离子体的特点是具有高度激发的电子和离子,呈现出与固体、液体和气体不同的物理性质。
2. 实验装置本实验采用了等离子体发生器、真空室、电极和探测器等装置。
等离子体发生器通过高电压放电产生等离子体,真空室则提供了一个低压环境,以便观察和研究等离子体的性质。
3. 实验步骤首先,将实验装置连接好并确保安全。
然后,通过控制电压和电流,使等离子体发生器产生稳定的等离子体。
接下来,将探测器放置在真空室中,以测量等离子体的密度和温度。
最后,根据实验数据进行分析和讨论。
4. 实验结果与讨论实验结果显示,等离子体的密度和温度与电压和电流有关。
随着电压和电流的增加,等离子体的密度和温度也随之增加。
这表明,电场激发对等离子体的产生和维持起着重要作用。
此外,实验还观察到了等离子体的发光现象。
当电场激发等离子体时,激发的电子会从高能级跃迁到低能级,释放出能量并产生光。
这种发光现象在等离子体显示器和气体放电管等设备中得到了广泛应用。
5. 应用前景等离子体作为一种新型物质状态,具有广泛的应用前景。
它可以用于制备高能量材料、进行精细加工和材料表面改性等工业应用。
此外,等离子体还可以用于太阳能电池、医学诊断和治疗等领域。
6. 实验总结通过本实验,我们对等离子体的性质和应用有了更深入的了解。
等离子体作为一种新型物质状态,具有独特的物理性质和广泛的应用前景。
我们相信,随着科学技术的不断发展,等离子体将在更多领域展现其潜力,为人类带来更多的福祉。
结论:本实验通过制备等离子体并研究其性质,探索了等离子体在科学研究和工业应用中的潜力。
实验结果表明,等离子体的密度和温度与电压和电流有关,并且等离子体具有发光现象。
真空等离子体实验报告
真空等离子体实验报告真空微波等离子体实验一、实验目的1.了解真空技术基础知识2.利用机械泵组获得真空,并使用复合真空计测量被抽容器所能达到的真空度。
3.掌握多功能微波等离子体装置的使用方法,利用等离子体化学气相沉淀装置制备金刚石薄膜材料。
二、实验仪器FB7008A型多功能微波等离子体装置(内置机械泵组,热偶真空计,电离真空计)、超声清洗机。
三、实验材料硅片、氢气、甲烷或甲醇气体、乙醇和丙酮等有机溶液。
四、实验背景知识真空是指低于一个大气压的气体空间。
压强越低,真空度越高;压强越高,真空度越低。
真空可按其压强高低划分为:粗真空、低真空、高真空、超高真空。
等离子体:又叫做电浆,是由电子、离子等带电粒子以及中性粒子(原子、分子、微料等)组成的,宏观上呈现准中性,且具有集体效应的混合气体。
准中性:在等离子体中的正负离子数目基本相等,系统在宏观上呈现中性,但在小尺度上则呈现出电磁性,而集体效应则突出地反映了等离子体与中性气体的区别。
它广泛存在于宇宙中,常被视为是除去固、液、气外,物质存在的第四态。
合成金刚石薄膜的方法大概可分为四类,共有十几种,等离子体合成法就是其中之一。
该方法是将碳氢化合气体或其他含碳气体与氢气作为原料气,在真空系统中导入上述气体,经等离子活化后到达基体表面进行沉积反应。
五、仪器工作原理本实验采用机械泵组来获得真空,使用热偶真空计和电离真空计来测量真空。
上图是机械泵结构示意图。
机械泵的工作原理是:依靠插在偏心转子中的数个可以滑进滑出的旋片将泵体内的气体隔离、压缩,然后将其排出泵体之外。
它的极限真空度在2-10-1-10 Pa 左右。
热偶真空计工作原理: 321Q Q Q Q ++=Q 为电源加热灯丝产生的热量,Q1为辐射热量,Q2为灯丝与热偶丝的传导热量,Q3为气体分子碰撞灯丝而带走的热量。
热平衡时,Q1、Q2为恒量,Q3随气体压强而变化。
压强越小,因碰撞而带走的热量越少,温度越高,温差电动势越高;反之亦然。
气体放电等离子体实验报告
气体放电等离子体实验报告气体放电等离子体实验报告引言:气体放电等离子体实验是一项重要的物理实验,通过对气体放电现象的研究,可以深入了解等离子体的性质和行为。
本实验旨在通过观察和分析气体放电等离子体的特性,揭示等离子体的基本原理和应用。
实验目的:1. 研究气体放电的基本特性,如放电现象、放电形态等;2. 探索气体放电等离子体的性质,如等离子体的密度、温度等;3. 分析气体放电等离子体的应用领域,如等离子体在光谱分析、材料处理等方面的应用。
实验材料和装置:1. 气体放电实验装置:包括气体放电管、高压电源、电流表、电压表等;2. 气体:常见的气体有氢气、氦气、氮气等;3. 实验记录仪器:如摄像机、数据采集器等。
实验步骤:1. 准备实验装置,并确保安全;2. 连接高压电源和气体放电管,调节电压和电流;3. 打开电源,观察气体放电管内的放电现象;4. 记录放电的形态、颜色、亮度等特征;5. 测量放电管两端的电压和电流,并记录数据;6. 调节电压和电流,观察放电现象的变化;7. 使用摄像机或数据采集器记录实验过程;8. 分析实验数据,得出结论。
实验结果与分析:经过实验观察和数据分析,我们发现不同气体在不同电压和电流条件下,产生了不同的放电形态和颜色。
例如,在低压条件下,氢气放电呈现出红色的辐射,而在高压条件下,氢气放电呈现出紫色的辐射。
这是因为不同气体的原子结构和能级分布不同,导致其放电现象也不同。
通过实验数据的分析,我们还可以计算出等离子体的密度和温度。
根据普朗克公式和玻尔兹曼关系,我们可以利用放电管两端的电压和电流数据,推导出等离子体的密度和温度。
这对于等离子体物理学的研究具有重要意义。
实验应用:气体放电等离子体在许多领域都有广泛的应用。
例如,在光谱分析中,气体放电等离子体可以用于分析物质的成分和结构。
通过观察等离子体在不同波长下的辐射光谱,可以确定样品中的元素和化合物。
此外,气体放电等离子体还可以应用于材料处理。
低温等离子体温度和密度测量实验报告
低温等离子体温度和密度测量实验报告
研究背景
低温等离子体是一种处于相对低温状态的离子和电子的集合体,具有广泛的应用前景,例如等离子体工艺、太阳风等领域。
为了深入研究低温等离子体的性质,本实验旨在测量低温等离子体的温度和密度。
实验设备和材料
1.等离子体反应器
2.激光光谱仪
3.温度计
4.等离子体样品
5.数据记录仪
实验步骤
1.准备工作:搭建好等离子体反应器并接通电源。
2.样品准备:将等离子体样品放入反应器中。
3.温度测量:使用温度计测量反应器内部的温度。
4.激光光谱测量:使用激光光谱仪对等离子体进行光谱分析,获取相
关数据。
5.数据记录:将温度和光谱数据记录到数据记录仪中。
实验结果
经过实验测量和数据处理,我们得到了低温等离子体的温度和密度数据。
在实验条件下,等离子体的温度约为300K,密度为1015个粒子/cm³。
结论
通过本实验,我们成功测量了低温等离子体的温度和密度。
这对于进一步研究等离子体的性质和应用具有重要意义。
未来可以通过优化实验方法和改进设备,进一步深入探讨低温等离子体的特性。
以上是本次低温等离子体温度和密度测量实验报告的内容,希望对相关研究和应用有所启发。
气体放电等离子体实验报告
气体放电等离子体实验报告气体放电等离子体实验报告引言:气体放电等离子体实验是一项重要的实验,通过在气体中施加电场,使气体分子电离并形成等离子体。
这一实验具有广泛的应用领域,如等离子体物理、光谱学、材料科学等。
本报告将详细介绍气体放电等离子体实验的过程、实验装置和实验结果。
实验过程:1. 实验准备首先,我们准备了实验所需的材料和设备,包括气体放电管、电源、电压表、电流表等。
然后,我们对实验装置进行了检查和调试,确保其正常工作。
2. 实验操作将气体放电管连接到电源上,并设置合适的电压和电流。
然后,通过调节电压和电流的大小,控制气体放电管中的等离子体形成和维持。
3. 数据记录在实验过程中,我们记录了气体放电管中的电压和电流变化情况,并观察了等离子体的形态和颜色变化。
同时,我们还测量了等离子体的温度、密度等参数。
实验装置:实验装置主要包括气体放电管、电源、电压表、电流表和数据记录设备。
1. 气体放电管气体放电管是实验中最关键的部分,它由玻璃管和两个电极组成。
玻璃管内充满了待研究的气体,如氢气、氮气等。
电极通过电源提供电场,使气体分子电离并形成等离子体。
2. 电源电源是为气体放电管提供电场的设备,它可以提供不同电压和电流的输出。
通过调节电源的输出参数,可以控制等离子体的形成和维持。
3. 电压表和电流表电压表和电流表用于测量气体放电管中的电压和电流。
通过监测电压和电流的变化,可以了解等离子体的形成和消失过程。
4. 数据记录设备数据记录设备用于记录实验过程中的各种参数,如电压、电流、等离子体的形态和颜色等。
通过对这些数据的分析,可以得出实验结果并进行进一步的研究。
实验结果:在实验过程中,我们观察到了气体放电管中的等离子体形态和颜色的变化。
随着电压和电流的增加,等离子体的亮度和密度逐渐增加。
同时,等离子体的颜色也发生了变化,从无色逐渐变为蓝色、紫色等。
我们还测量了等离子体的温度和密度,发现随着电压和电流的增加,等离子体的温度和密度也随之增加。
等离子的磁场实验报告
1. 理解等离子体在磁场中的运动规律;2. 掌握利用磁场约束等离子体的方法;3. 研究等离子体在磁场中的特性,为等离子体应用提供理论依据。
二、实验原理等离子体是一种由带电粒子组成的物质状态,具有高度导电性和导磁性。
在磁场中,等离子体粒子的运动轨迹会受到洛伦兹力的作用,从而产生一系列复杂的物理现象。
根据洛伦兹力公式:F = qvBsinθ,其中F为洛伦兹力,q为粒子电荷,v为粒子速度,B为磁场强度,θ为粒子速度与磁场方向的夹角。
当θ=90°时,洛伦兹力达到最大值,粒子运动轨迹为螺旋形。
实验中,我们采用大气压放电产生等离子体,利用永磁体组合产生的轴向发散磁场来约束等离子体。
通过观察等离子体在磁场中的运动轨迹,分析等离子体的特性。
三、实验仪器与材料1. 大气压等离子体发生器;2. 永磁体组合;3. 等离子体探测器;4. 高灵敏度三位半数字式毫特斯拉计;5. 数字式电流表;6. 直流稳流电源;7. 传感器探头;8. 圆线圈和亥姆霍兹线圈实验平台;9. 高灵敏度三位半数字式毫特斯拉计、三位半数字式电流表及直流稳流电源组合仪一台;10. 传感器探头是由2只配对的95A型集成霍尔传感器与探头盒;11. 不锈钢直尺(30cm)、铝合金靠尺。
1. 将大气压等离子体发生器连接至电源,打开电源,使等离子体发生器产生等离子体;2. 将永磁体组合放置在等离子体发生器附近,调整磁场强度;3. 将等离子体探测器放置在等离子体发生器出口处,收集等离子体数据;4. 利用高灵敏度三位半数字式毫特斯拉计测量磁场强度;5. 改变磁场方向,观察等离子体在磁场中的运动轨迹;6. 记录实验数据,分析等离子体的特性。
五、实验结果与分析1. 等离子体在磁场中的运动轨迹为螺旋形,符合洛伦兹力公式;2. 随着磁场强度的增加,等离子体的螺旋半径减小;3. 当磁场方向改变时,等离子体的运动轨迹随之改变。
通过实验,我们验证了等离子体在磁场中的运动规律,并掌握了利用磁场约束等离子体的方法。
等离子体放电实验报告
等离子体放电实验报告等离子体放电实验报告引言:等离子体是一种由带正电荷的离子和带负电荷的电子组成的高度电离的气体。
等离子体放电实验是一种常见的物理实验,通过施加电场或电压,使气体中的原子或分子电离,形成等离子体,并观察等离子体的放电现象。
本实验旨在探究等离子体放电的特性和规律。
实验设备和方法:1. 实验设备:- 玻璃管:用于容纳气体和形成等离子体的容器;- 电源:用于提供电场或电压;- 气体:常用的气体有氩气、氢气等;- 电压表和电流表:用于测量电场强度和电流。
2. 实验方法:- 将玻璃管充满所选气体;- 将电源接入玻璃管两端,施加适当的电压;- 观察等离子体的放电现象,并记录电流和电场强度的变化;- 改变电压、气体种类或气体压强,重复实验并记录观察结果。
实验结果与分析:1. 放电现象:在实验中,我们观察到等离子体放电时,玻璃管内的气体会发出明亮的光芒,且电流表会显示出电流的变化。
放电现象的强弱和稳定性与电压的大小、气体种类和气体压强有关。
2. 放电规律:- 电压与放电强度的关系:实验中发现,随着电压的增加,放电强度也增加。
当电压达到一定值时,放电强度会迅速增加,形成较强的等离子体。
- 气体种类与放电强度的关系:不同气体的放电特性不同。
例如,氩气放电强度较大,而氢气放电强度较小。
这是因为气体中的原子或分子电离能不同,导致放电特性的差异。
- 气体压强与放电强度的关系:实验中发现,当气体压强较低时,放电强度较小;当气体压强较高时,放电强度较大。
这是因为气体压强的增加会增加原子或分子电离的机会,从而增强放电现象。
实验讨论与应用:1. 实验讨论:- 等离子体放电实验是研究等离子体物理性质的重要手段,通过实验可以深入了解等离子体的形成、结构和特性。
- 等离子体放电现象在自然界和工业中广泛存在。
例如,闪电就是大气中的等离子体放电现象,等离子体放电技术也被应用于气体放电灯、等离子体刻蚀等领域。
2. 应用展望:- 等离子体放电技术在材料加工、环境治理、能源研究等方面具有广阔的应用前景。
等离子气体球实验报告
等离子气体球实验报告等离子气体球实验报告一、引言等离子气体球是一种利用高电压放电产生等离子体的实验装置,具有广泛的应用价值。
本次实验旨在探究等离子气体球的基本原理及其特性。
二、实验原理1. 等离子体等离子体是一种物态,介于固态、液态和气态之间。
它是由电子和正离子构成的带电粒子云,具有良好的导电性和磁性。
在常温下,自然界中存在着大量的等离子体,如闪电、太阳风等。
2. 等离子气体球等离子气体球是一种利用高电压放电产生等离子体的实验装置。
它由一个玻璃球和两个金属极板组成,通过高压发生器施加高压使极板间形成强电场,使气体分子发生碰撞并激发出大量自由电子和正离子,形成稳定的等离子体。
三、实验步骤1. 准备工作:将玻璃球清洗干净,并将两个金属极板放入玻璃球内。
2. 连接电路:将高压发生器与金属极板连接,调节电压和频率。
3. 开始实验:打开高压发生器,观察等离子气体球内部的等离子体形态及其变化。
四、实验结果1. 等离子体形态:在高电压作用下,等离子气体球内部形成了一个稳定的等离子体球。
当改变电压和频率时,等离子体球会发生不同的形态变化,如从球形变为椭圆形、从不规则形变为稳定的环形等。
2. 光谱分析:通过光谱分析仪可以得到等离子气体球产生的光谱线,并进一步研究其物理特性。
五、实验分析1. 等离子气体球的原理是利用高电压放电产生强电场,使气体分子发生碰撞并激发出大量自由电子和正离子,形成稳定的等离子体。
这种原理广泛应用于工业、医学和科学研究领域。
2. 等离子气体球的特性主要取决于高压、频率和气体种类等因素。
通过改变这些因素可以调节等离子体的形态和特性,进一步研究等离子体的物理特性。
六、实验结论本次实验通过等离子气体球探究了等离子体的基本原理和特性,得到了稳定的等离子体球,并进行了光谱分析。
实验结果表明,等离子气体球具有广泛的应用价值,在工业、医学和科学研究领域都有着重要作用。
七、参考文献1. 等离子体物理学,李娜著,科学出版社。
等离子发光实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解等离子体产生的基本原理和过程。
2. 掌握等离子体发光实验的操作方法。
3. 观察等离子体发光现象,分析其特性。
4. 研究等离子体发光在科研、工业等领域的应用。
二、实验原理等离子体是一种电离的气体,由带正电的离子和带负电的自由电子组成。
在高温或高压条件下,气体分子被激发,产生大量的自由电子和离子,形成等离子体。
等离子体中的电子在高温下被激发,跃迁到高能级,当电子回到低能级时,会释放出能量,产生可见光或紫外线。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器:等离子体发生器、电源、光强计、光谱仪、示波器、电极、电极夹、导线、紫外-可见光滤光片、光学望远镜、光电池等。
2. 实验材料:氩气、氮气、氦气、氧气等。
四、实验步骤1. 准备工作:将等离子体发生器、电源、光强计、光谱仪、示波器等仪器连接好,确保仪器正常工作。
2. 气体充入:将所需气体充入等离子体发生器,确保气体压力适宜。
3. 等离子体产生:打开电源,调节电压和电流,使气体电离产生等离子体。
4. 光谱测量:使用光谱仪测量等离子体发光光谱,分析其特征。
5. 光强测量:使用光强计测量等离子体发光强度,分析其变化规律。
6. 示波器观察:使用示波器观察等离子体发光信号,分析其变化过程。
7. 实验结果分析:对实验数据进行处理和分析,总结实验结果。
五、实验结果与分析1. 等离子体产生:在实验过程中,当电压和电流达到一定值时,气体开始电离,产生等离子体。
2. 等离子体发光光谱:光谱仪测得的等离子体发光光谱显示,等离子体在可见光和紫外光范围内都有较强的发光。
3. 等离子体发光强度:光强计测得的等离子体发光强度随电压和电流的增加而增加,但达到一定值后趋于稳定。
4. 示波器观察:示波器显示的等离子体发光信号呈脉冲状,其脉冲宽度与电压和电流有关。
六、实验结论1. 成功产生等离子体,并观察到等离子体发光现象。
2. 等离子体发光光谱显示,等离子体在可见光和紫外光范围内都有较强的发光。
等离子实验报告
一、实验目的1. 了解等离子体的基本概念和特性;2. 掌握等离子体产生的方法和原理;3. 学习等离子体应用的相关知识。
二、实验原理等离子体是物质的第四态,由带正电的离子和带负电的自由电子组成。
在高温、高压、高电场等条件下,气体分子会被电离,形成等离子体。
等离子体具有以下特性:1. 高温:等离子体温度可达几千到几万摄氏度,远高于常规气体温度;2. 高密度:等离子体密度可达常规气体的几千到几万倍;3. 高导磁:等离子体具有高导磁性,能产生强磁场;4. 高反应性:等离子体中的离子和电子具有较高的反应活性,能与气体分子发生化学反应。
三、实验器材1. 等离子体发生器:用于产生等离子体;2. 气源:用于提供实验所需的气体;3. 光谱仪:用于检测等离子体中的元素和离子;4. 数字多用表:用于测量等离子体的电压、电流等参数;5. 等离子体探测器:用于检测等离子体的特性。
四、实验步骤1. 准备实验器材,检查设备是否正常;2. 连接等离子体发生器、气源、光谱仪等设备;3. 调节气源压力,使气体流量达到实验要求;4. 启动等离子体发生器,观察等离子体产生过程;5. 使用光谱仪检测等离子体中的元素和离子;6. 使用数字多用表测量等离子体的电压、电流等参数;7. 记录实验数据,分析实验结果。
五、实验结果与分析1. 观察到等离子体产生时,气体被电离,形成明亮的等离子体火焰;2. 通过光谱仪检测,发现等离子体中含有多种元素和离子,如氮、氧、氢、碳等;3. 使用数字多用表测量,得到等离子体的电压约为500V,电流约为1A。
根据实验结果,可以得出以下结论:1. 等离子体产生过程中,气体被电离,形成等离子体;2. 等离子体中含有多种元素和离子,具有较高的反应活性;3. 等离子体的电压和电流参数符合实验要求。
六、实验总结本次实验成功产生了等离子体,并对其特性进行了初步研究。
通过实验,我们了解了等离子体的基本概念、产生方法和应用。
在实验过程中,我们掌握了等离子体发生器的操作、光谱仪和数字多用表的测量方法。
等离子体实验报告模板
等离子体放电原理与焊接——不锈钢表面镀膜烙铁钎焊实验姓名********* 学号*********一、实验目的学习本课程的教学目的在于培养学生:1、了解多弧放电技术的应用及优缺点;2、熟悉真空离子镀膜专用设备、设备构造原理及使用方法。
3、感悟学科的交叉,学以致用。
二、实验装置及实验材料2.1 实验装置(1)DHJ-800型多功能等离子体处理平台机(2)超声清洗机(3)复合高功率脉冲电源和阴极弧电源(4)电烙铁2.2 实验材料304不锈钢、Cu靶、焊锡、铜导线、芯片等实验用品三、实验原理以在不锈钢试片与电子元件引脚或Cu导线直接钎焊前,选择与钎料存在反应的Cu元素在不锈钢母材表面进行沉积前处理,即在不锈钢(或铝表面)形成铜元素改性层,进而提高处理后的母材表面钎料的润湿铺展性,从而实现不锈钢与元件管脚或Cu导线的直接钎焊。
四、实验方法与实验步骤4.1 实验方法(1)不锈钢表面氩离子溅射清洗(2)不锈钢表面沉积Cu薄膜(3)不锈钢直接焊接与不朽钢镀铜烙铁钎焊的比较4.2 镀膜实验步骤如下表所示:五、试验结果(1)试验设备照片:****(2)试片照片:******(3)焊接后试片照片:******(4)实验结论和体会:******(5)可以发挥:******注:把*******部分补充完整触发器,是个引弧针,是接触引弧。
接触后,拿开,电弧形成。
类似于我们焊接的接触引弧。
在真空中金属在电弧的加热下熔化蒸发,蒸发的原子在电场作用下离化,形成等离子体。
工件上施加负偏压,离子被吸引到工件上,形成膜层。
膜层的种类依赖于靶材。
膜层质量决定于等离子体密度、工件偏压、真空度、真空室温度以及阴极弧放电的大颗粒杂志等等。
当靶材为活性靶材(如Ti、Al、Cr、Zr等),而气体为反应气体(如N2,O2,CH4等)时,就会形成TiN、AlN、TiO2、AlTiN等等。
这些陶瓷性材料具有耐磨、防腐、耐高温等一系列优异性能,用于刀具、模具、齿轮、轴承等等。
等离子体放电实验报告
等离子体放电实验报告《等离子体放电实验报告》摘要:本实验旨在探究等离子体放电的特性和规律。
通过在实验室中建立等离子体放电装置,观察等离子体放电的过程和现象,分析实验数据,得出了等离子体放电的规律和特性。
实验结果表明,等离子体放电是一种高能物质释放的现象,具有较强的热量和光谱特性,对于研究等离子体物理和应用具有一定的参考价值。
引言:等离子体是一种由带电粒子和中性粒子组成的物质状态,具有高能量和高温度的特性。
等离子体放电是指在一定条件下,等离子体发生放电现象,释放出能量和光谱。
本实验旨在通过建立等离子体放电装置,观察等离子体放电的过程和现象,探究其规律和特性。
实验装置和方法:本实验采用了等离子体放电装置,包括真空室、高压电源、等离子体激发源等。
首先,将真空室抽成一定的真空度,然后加入适量的气体,通过高压电源加电,形成等离子体放电。
在等离子体放电的过程中,使用光谱仪和热像仪对等离子体放电的光谱和热量进行观测和记录。
实验结果和分析:实验结果显示,等离子体放电过程中释放出大量的能量,产生强烈的光谱和热量。
通过光谱仪观测到了等离子体放电的光谱特性,发现了特定波长的光线,表明等离子体放电产生了特定的能级跃迁。
同时,热像仪观测到了等离子体放电的高温现象,显示出了等离子体放电的高能量特性。
结论:通过本实验,我们得出了等离子体放电的特性和规律。
等离子体放电是一种高能物质释放的现象,具有较强的热量和光谱特性。
这对于研究等离子体物理和应用具有一定的参考价值。
同时,本实验也为进一步研究等离子体放电提供了一定的实验基础和数据支持。
等离子体实验报告
等离子体特性研究Research on Plasma【教学基本要求】1.了解计算机数据采集的基本过程和影响采集精确度的主要因素。
2.掌握气体放电中等离子体的特性与特点。
3.掌握描述等离子体特性的主要参量及各参量的影响因素。
4.理解等离子体诊断的主要方法,重点掌握单探针法。
5.了解等离子体研究实验软件的主要功能,熟练操作软件。
【授课提纲】1.等离子体物理学科发展史和主要研究领域 (1)等离子体物理学科发展简史19世纪30年代起20世纪50年代起20世纪80年代起(2)等离子体物理主要研究领域低温应用等离子体聚变等离子体空间和天体等离子体2.认识等离子体(1)空间等离子体展示(2)宇宙中90%物质处于等离子体态(3)等离子体概念(4)等离子体分类(5)等离子体是物质第四态(6)等离子体参数空间(7)电离气体是一种常见的等离子体(8)等离子体特性和主要参量3.等离子体诊断(1)德拜屏蔽和准中性(2)等离子体诊断-单探针法【板书内容】 等离子体特性研究tan 11600tan k e T ee e kTE 23e e e mkT v 8kT meS I v eS I n e ee 2400单探针伏安特性曲线es pe e kTU U e I Se n e N I exp 410 探针电子电流的对数特性CkTeUI ep ln ee e env E T ,,,单探针法实验接线图【实验报告】等离子体特性研究【实验目的】1. 了解气体放电中等离子体的特性。
2. 利用等离子体诊断技术测定等离子体的一些基本参量。
【实验原理】等离子体(又称等离子区)定义为包含大量正负带电粒子、而又不出现净空间电荷的电离气体。
也就是说,其中正负电荷密度相等,整体上呈现电中性。
等离子体可分为等温等离子体和不等温等离子体,一般气体放电产生的等离子体属不等温等离子体。
等离子体有一系列不同于普通气体的特性:① 高度电离,是电和热的良导体,具有比普通气体大几百倍的比热容。
等离子体的研究报告
等离子体的研究报告研究报告摘要:本研究报告旨在探讨等离子体的基本概念、性质及其在科学研究和工程应用中的重要性。
通过综合分析已有的相关文献和实验数据,我们对等离子体的物理特性、形成机制以及其在等离子体物理学、天体物理学、核聚变和等离子体工程等领域的应用进行了深入研究。
本报告的目的是为进一步推动等离子体研究领域的发展提供参考和指导。
1. 引言等离子体是一种由带电粒子和中性粒子组成的第四态物质,具有高度电离和电导性的特性。
它在自然界中广泛存在,如太阳、恒星、闪电等都包含等离子体。
在实验室中,通过高温、高能量激发或强电磁场作用下,也可以产生等离子体。
等离子体的研究对于理解宇宙演化、推动核聚变技术发展以及实现等离子体工程应用具有重要意义。
2. 等离子体的物理特性等离子体的物理特性主要体现在其电离状态和电导性上。
由于等离子体中带电粒子的存在,它具有高度电离的特性,可以表现出等离子体发光、等离子体波动等现象。
此外,等离子体还具有良好的电导性,可以传导电流和电磁波。
3. 等离子体的形成机制等离子体的形成机制主要包括热电离、光电离和电子碰撞离子化等过程。
在高温条件下,物质中的原子或分子可以通过吸收能量而电离,形成等离子体。
此外,强光照射或强电场作用下,也可以使物质电离形成等离子体。
4. 等离子体物理学的研究进展等离子体物理学是研究等离子体行为和性质的学科。
通过实验和理论模拟,研究者们揭示了等离子体的等离子体波动、等离子体湍流、等离子体辐射等基本特性。
此外,等离子体物理学还研究了等离子体与电磁场相互作用的机制,为等离子体在天体物理学和核聚变等领域的应用提供了理论基础。
5. 等离子体在天体物理学中的应用等离子体在天体物理学中扮演着重要角色。
例如,太阳等离子体的研究有助于理解恒星的形成、演化以及太阳风等现象的产生机制。
此外,等离子体的存在也对行星磁场和行星大气层的形成和演化产生重要影响。
6. 等离子体在核聚变中的应用等离子体在核聚变中的应用是目前研究的热点之一。
等离子体实验报告
等离子体实验报告摘要:本实验旨在研究等离子体的特性和性质。
通过在实验室中制备等离子体,运用各种工具和技术手段,对等离子体的形成、发展和维持条件进行探究。
本报告将详细介绍实验的步骤、实验结果和相关数据分析,以及对实验结果的讨论和结论。
引言:等离子体是一种极为特殊的物质状态,具有高温高能、带电等特性。
等离子体广泛存在于自然界中,例如太阳、星际空间和闪电等。
在地球上,等离子体也有很多应用,如等离子体显示器、等离子体喷雾技术等。
为了更好地理解等离子体的性质和应用,本实验使用等离子体发生器制备了等离子体,并对其进行了详细的观测和分析。
实验步骤:1. 实验仪器和材料准备:等离子体发生器、高压电源、压力计、真空泵、标准气体、观察窗等。
2. 系统组装:按照实验要求,将各个仪器和设备进行组装,确保实验系统正常运行。
3. 真空泵抽气:使用真空泵将实验设备的容器内的气体抽除,建立高真空环境。
4. 真空度测试:使用压力计对实验中的真空度进行测试,确保达到实验要求。
5. 充入标准气体:将标准气体充入等离子体发生器,调节气体流量和压力,使其满足实验条件。
6. 施加高压电源:将高压电源接通,施加合适的电压和电流,形成电弧放电。
7. 观察和记录:使用观察窗等设备对等离子体的形态、发展和维持条件进行观察和记录。
8. 数据采集和分析:记录实验过程中的数据,进行数据分析和处理。
实验结果:经过多次实验操作和观察,我们得到了以下实验结果:1. 在合适的压力和电压条件下,等离子体能够稳定形成,并呈现出不同的形态,如电弧、等离子球等。
2. 等离子体在高压电场作用下,呈现出辐射、发光等特性。
3. 等离子体的形成和稳定维持与气体种类、气体流量、电压和电流等因素密切相关。
4. 等离子体存在时间和空间的特性,可以通过相关仪器进行观测和测量。
讨论与结论:通过本实验,我们深入了解了等离子体的性质和特性。
在实验过程中,我们发现等离子体的形成和发展与气体种类、气体流量、电压和电流等因素密切相关。
等离子体物理的实验研究报告
等离子体物理的实验研究报告摘要:本研究报告旨在探讨等离子体物理领域的实验研究进展。
通过对等离子体物理的基本理论和实验方法进行综述,我们深入研究了等离子体的性质、行为和应用。
通过实验观测和数据分析,我们验证了等离子体在物质科学、能源研究和天体物理学等领域的重要作用,并提出了一些研究展望。
1. 引言等离子体是一种由正负离子和自由电子组成的高度电离的物质态。
它在自然界中广泛存在,如太阳和恒星的核心、闪电等现象。
等离子体物理研究的重要性在于它对于理解宇宙演化、核聚变能源以及材料科学等领域的应用具有重要意义。
2. 等离子体的基本性质等离子体具有独特的性质,如高度电离、电磁性、非线性行为等。
通过实验研究,我们可以测量等离子体的密度、温度、电荷分布等参数,并进一步了解其动力学行为。
例如,等离子体的电导率和磁性能对于等离子体物理的研究至关重要。
3. 等离子体的实验方法为了研究等离子体的行为,科学家们开发了多种实验方法。
其中,等离子体放电实验是最常用的方法之一。
通过在真空室中施加高压电场,可以产生等离子体,并通过测量电流、电压和辐射等参数来研究等离子体的性质。
此外,还有等离子体注入实验、等离子体对撞实验等方法,它们在不同的应用领域发挥着重要作用。
4. 等离子体物理的应用等离子体物理在多个领域有着广泛的应用。
在能源研究中,等离子体物理是核聚变技术的基础,通过控制和维持等离子体状态,实现核聚变反应的可控性。
在材料科学中,等离子体处理技术可以用于表面改性、薄膜沉积等过程,提高材料的性能。
此外,等离子体物理还在天体物理学、等离子体医学等领域有着重要的应用。
5. 研究展望尽管等离子体物理已经取得了很多重要进展,但仍存在一些挑战和未解之谜。
例如,如何更好地控制和维持等离子体状态,以实现可控核聚变反应仍然是一个重要的研究方向。
此外,等离子体与材料界面的相互作用、等离子体在强磁场下的行为等问题也需要进一步研究。
未来的研究将致力于解决这些问题,并进一步推动等离子体物理的发展。
表面等离子体共振实验报告
表面等离子体共振实验报告表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)是一种新兴的生物物理学实验技术,它利用生物分子的相互作用引起光学信号变化的原理,实现了对生物分子之间相互作用的实时监测和定量分析。
本实验主要介绍了SPR技术的基本原理、实验步骤和结果分析。
一、实验原理1、SPR原理SPR技术是建立在一种特殊介质——金属膜上的表面等离子体共振现象基础上的。
当在金属膜表面通过介质(如生理盐水、缓冲液或样品溶液)传递光束时,由于光学介质的折射率不同,光束会发生反射和折射。
在一定条件下,当角度θ满足反射波与表面等离子体波相互干涉的条件时,会出现表面等离子体共振现象(SPR)。
此时金属膜表面的电磁场强度将达到最大值,后继的微小角度变化将引起表面等离子体波强度和位置的变化,从而改变反射光强与入射角度θ的关系。
这种关系可以被记录下来,形成一条SPR曲线。
当样品中的目标分子与另一种生物分子在金属膜表面结合时,目标分子的存在将导致其阻挡反射波与表面等离子体波之间的干涉,从而进一步改变SPR曲线,因此可以通过记录SPR曲线来精确确定生物分子之间的相互作用强度和特异性。
2、SPR实验原理通常SPR实验需要使用一台SPR仪器。
这种设备包括一个光学系统和一个流体系统。
光学系统由一束激光和一个检测器组成,激光发出的光束通过一个棱镜和已有特定介质的金属膜,最终进入检测器接收信号。
流体系统由一个自动进样器和一组泵以及一组温控组件组成,流体系统负责通过SPR芯片的金属膜表面注入样品,并且在观测期间对温度进行有效控制。
当样品流经SPR芯片并与上基质表面结合时,实验者可以通过SPR曲线的变化来确定其结合亲和力和特异性。
二、实验步骤本实验是一个基于SPR技术的生物分子相互作用研究实验,具体步骤如下:1、SPR芯片活化将SPR芯片在流体系统中循环使用混合物(如EDC和NHS)和以乙酰胆碱(Acetylcholine,Ach)为基质的样品溶液,这时导致芯片表面生成一个稳定的酯缩合物,可以在酯缩合物上联结其他分子。
近代物理实验 辉光等离子体
所以:
故:
大致I-V函数关系曲线见下图:
由此可知:电子温度:
等离子体密度:
注:
图11、理想双探针曲线
三、实验仪器:
DH2005直流辉光等离子体实验装置:仪器采用的是一体化设计,顶部是放电管及水冷部分,高压加在放电管两端,外面采用聚四氟乙烯绝缘材料绝缘防止漏电,冷却水通过两端的循环水冷套对放电管进行冷却,放电管内附两组钨丝,可利用等离子体诊断技术测定等离子体的一些基本参量。测量及控制部分均布置在中部的操作面板上,真空系统安装在机箱的内部。
2、数据采集较多,且气压电流等漂移较快所以使得数据非常不稳定。
3、实验中还发现功率越大辉光放电现象明显,气体被电离的程度较高。
(2)、探针周围形成的空间电荷鞘层厚度比探针面积的线度小,这样可忽略边缘效应,近似认为鞘层和探针的面积相等;
(3)、电子和正离子的平均自由程比鞘层厚度大,这样可忽略鞘层中粒子碰撞引起的弹性散射、粒子激发和电离;
(4)、探针材料与气体不发生化学反应;
(5)、探针表面没有热电子和次级电子的发射。
则:对于插入等离子体的单探针有:
随机电流: ,
根据玻耳兹曼定理:
电子密度
式中:Vp为探针电位,Vs为等离子体电位
所以:探针电流
而对于插入等离子体的双探针有:
设探针的面积分别为A1,A2;电位为 V1,V2;电压V=V1-V2≥0。
流过探针1,2的离子和电子电流分别为:i1+,i1-,i2+,i2-。
对双探针整体为悬浮的故:
则从2流入1的Biblioteka 流为:粒子震荡频率:电子震荡频率:
d:德拜长度:等离子体内电荷被屏蔽的半径,表示等离子体内能保持的最小尺度。当电荷正负电荷置于等离子体内部时就会在其周围形成一个异号电荷的“鞘层”。
等离子相关实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解等离子体的基本特性和形成条件;2. 掌握等离子体实验装置的操作方法;3. 通过实验验证等离子体的应用及其效果。
二、实验原理等离子体是物质的一种状态,由带电粒子(离子和自由电子)组成。
在高温、高压、电磁场等条件下,气体分子可以被激发成等离子体。
等离子体具有很高的导电性和导热性,广泛应用于工业、医疗、科研等领域。
三、实验器材1. 等离子体发生器;2. 气源(氩气、氮气等);3. 高压电源;4. 温度控制器;5. 激光发射器;6. 摄像头;7. 计算机及数据采集系统。
四、实验步骤1. 准备工作:检查实验器材是否完好,连接好相关设备,调试好实验参数。
2. 实验一:等离子体形成实验(1)开启高压电源,调节电压至设定值;(2)通入氩气,调整气体流量;(3)观察等离子体形成过程,记录等离子体颜色、形状等特征。
3. 实验二:等离子体导电性实验(1)将等离子体发生器放置在导电台上;(2)连接高压电源,调节电压至设定值;(3)观察等离子体导电性,记录电流大小、稳定性等数据。
4. 实验三:等离子体温度测量实验(1)将温度传感器放置在等离子体中心;(2)开启等离子体发生器,调节电压至设定值;(3)记录温度传感器读数,分析等离子体温度变化规律。
5. 实验四:等离子体应用实验(1)将激光发射器放置在等离子体发生器前方;(2)开启激光发射器,观察等离子体对激光的散射现象;(3)分析等离子体对激光的散射效果,探讨等离子体在光学领域的应用。
五、实验结果与分析1. 实验一:等离子体形成实验通过观察,等离子体呈现明亮的紫红色,形状为环状,中心温度较高。
2. 实验二:等离子体导电性实验实验结果显示,等离子体导电性较好,电流大小稳定。
3. 实验三:等离子体温度测量实验实验结果表明,等离子体温度随着电压升高而升高,呈现非线性关系。
4. 实验四:等离子体应用实验激光在等离子体中的散射现象明显,说明等离子体具有光学应用潜力。
实验报告利用等离子体技术制备纳米材料
实验报告利用等离子体技术制备纳米材料实验报告:利用等离子体技术制备纳米材料摘要:本实验旨在利用等离子体技术制备纳米材料。
通过调整等离子体工艺参数,控制等离子体的形成和剧烈变化,进而得到所需的纳米材料。
实验结果表明,等离子体技术是一种有效制备纳米材料的方法。
引言:随着纳米科技的飞速发展,纳米材料在各个领域展现出广泛的应用潜力。
而制备纳米材料的方法中,等离子体技术逐渐受到关注。
等离子体技术作为一种高温、高电荷状态的物质,具有良好的材料加工能力和尺寸控制能力。
因此,在本实验中,我们选择了等离子体技术作为制备纳米材料的方法。
原料与设备:1. 原料:金属粉末、有机溶剂、表面活性剂。
2. 设备:等离子体反应器、真空泵、高频发生器。
实验步骤:1. 准备工作:a. 将等离子体反应器清洗干净。
b. 将金属粉末与有机溶剂按一定比例混合,并添加适量的表面活性剂。
c. 将混合液倒入等离子体反应器中并密封。
2. 等离子体工艺参数设置:a. 设置等离子体反应器的真空度为XPa。
b. 调节高频发生器的频率为XkHz,电压为XV。
c. 根据需求调整等离子体反应器的温度和压力。
3. 等离子体制备纳米材料:a. 打开真空泵,将等离子体反应器抽至所需真空度。
b. 打开高频发生器,调节频率和电压,激发等离子体的形成。
c. 等离子体形成后,通过反应器加热系统控制反应器温度。
d. 持续反应一段时间后,关闭高频发生器和真空泵,等待系统冷却至常温。
e. 打开等离子体反应器,取出制备好的纳米材料。
4. 纳米材料表征:a. 利用扫描电子显微镜(SEM)观察纳米材料的形貌和粒径分布。
b. 利用X射线衍射(XRD)测试纳米材料的结构特征。
c. 利用透射电子显微镜(TEM)观察纳米材料的晶格结构和微观形貌。
d. 利用比表面积分析仪测量纳米材料的比表面积。
结果与讨论:经过以上实验步骤,我们成功利用等离子体技术制备了纳米材料。
通过SEM观察,纳米材料呈现出均匀分散、颗粒细小的特点。
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等离子体特性研究Research on Plasma【教学基本要求】1.了解计算机数据采集的基本过程和影响采集精确度的主要因素。
2.掌握气体放电中等离子体的特性与特点。
3.掌握描述等离子体特性的主要参量及各参量的影响因素。
4.理解等离子体诊断的主要方法,重点掌握单探针法。
5.了解等离子体研究实验软件的主要功能,熟练操作软件。
【授课提纲】1.等离子体物理学科发展史和主要研究领域(1)等离子体物理学科发展简史●19世纪30年代起●20世纪50年代起●20世纪80年代起(2)等离子体物理主要研究领域●低温应用等离子体●聚变等离子体●空间和天体等离子体2.认识等离子体(1)空间等离子体展示(2)宇宙中90%物质处于等离子体态(3)等离子体概念(4)等离子体分类(5)等离子体是物质第四态(6)等离子体参数空间(7)电离气体是一种常见的等离子体(8)等离子体特性和主要参量3.等离子体诊断(1)德拜屏蔽和准中性(2)等离子体诊断-单探针法【板书内容】 等离子体特性研究φφtan 11600tan ==k e T ee e kT E 23=ee e m kT v π8=kT m eSI v eS I n e ee π2400==单探针伏安特性曲线()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-===e s p e e kT U U e I Se n e N I exp 410ϑ探针电子电流的对数特性CkT eU I ep +=ln ee e e n v E T ,,,单探针法实验接线图【实验报告】等离子体特性研究【实验目的】1. 了解气体放电中等离子体的特性。
2. 利用等离子体诊断技术测定等离子体的一些基本参量。
【实验原理】等离子体(又称等离子区)定义为包含大量正负带电粒子、而又不出现净空间电荷的电离气体。
也就是说,其中正负电荷密度相等,整体上呈现电中性。
等离子体可分为等温等离子体和不等温等离子体,一般气体放电产生的等离子体属不等温等离子体。
等离子体有一系列不同于普通气体的特性:① 高度电离,是电和热的良导体,具有比普通气体大几百倍的比热容。
② 带正电的和带负电的粒子密度几乎相等。
③ 宏观上是电中性的。
虽然等离子体宏观上是电中性的,但是由于电子的热运动,等离子体局部会偏离电中性。
然而,电荷之间的库仑相互作用,使这种偏离电中性的范围不能无限扩大,最终使电中性得以恢复。
偏离电中性的区域最大尺度称为德拜长度。
1. 等离子体的主要参量描述等离子体的主要参量有:① 电子温度T ,它是等离子的一个主要参量,因为在等离子中电子碰撞电离是主要的,而电子碰撞电离与电子的能量有直接关系,即与电子温度相关;② 带电粒子密度,电子密度为ne ,正离子密度为ni ,在等离子体中ne ni 。
;③ 轴向电场强度EL 。
表征为维持等离子体的存在所需的能量;④ 电子平均动能e E ;⑤ 空间电位分布。
此外,由于等离子体中带电粒子间的相互作用是长程的库仑力,使它们在无规则的热运动之外,能产生某些类型的集体运动,如等离子振荡,其振荡频率p f 称为朗缪尔频率或等离子体频率。
电子振荡时辐射的电磁波称为等离子体电磁辐射。
2. 稀薄气体产生的辉光放电辉光放电是气体导电的一种形态。
当放电管内的压强保持在Pa 210~10时,在两电极上加高电压,就能观察到管内有放电现象。
辉光分为明暗相间的8个区域,分别为阿斯顿区、阴极辉区、阴极暗区、负辉区、法拉第暗区、正辉区(即正辉柱)、阳极暗区、阳极辉区。
正辉区是感兴趣的等离子区。
其特征是:气体高度电离;电场强度很小,且沿轴向有恒定值。
这使得其中带电粒子的无规则热运动胜过它们的定向运动。
所以它们基本上遵从麦克斯韦速度分布律。
由其具体分布可得到一个相应的温度,即电子温度。
但是由于电子质量小,它在跟离子或原子作弹性碰撞时能量损失很小,所以电子的平均动能比其他粒子的大得多,这是一种非平衡状态。
因此,虽然电子温度很高(约为105K ),但放电气体的整体温度并不明显升高,放电管的玻璃壁并不软化。
3. 等离子体诊断测试等离子体的方法被称为诊断,它是等离子体物理实验的重要部分。
等离子体诊断有探针法、霍尔效应法、微波法、光谱法等。
(1)探针法探针法测定等离子体参量是朗缪尔提出的,又称朗缪尔探针法。
分单探针法和双探针法。
①单探针法探针是封入等离子体中的一个小的金属电极(其形状可以是平板形、圆柱形、球形),其接法如图1所示。
以放电管的阳极或阴极作为参考点,改变探针电位,测出相应的探针电流,得到探针电流与其电位之间的关系,即探针伏安特性曲线,如图2所示。
图1 朗缪尔探针法图2 单探针伏安特性曲线对此曲线的解释为:在AB 段,探针的电位比等离子体的空间电位Us要低得多,所以电子受负电位的拒斥,而速度很慢的正离子则被吸向探针,在探针周围形成正离子构成的空间电荷层,即“正离子鞘”,它把探针电场屏蔽起来。
等离子区中的正离子只能靠热运动穿过鞘层到达探针,形成探针电流,所以AB 段为正离子流,这个电流很小。
过了B 点,随着探针电位增大,电场对电子的拒斥作用减弱,使一些快速电子能够克服电场拒斥作用到达探针,这些电子形成的电流抵消了部分正离子流,使探针电流逐渐下降,所以BC 段为正离子流加电子流。
到了C 点,电子流刚好等于正离子流,互相抵消,使探针电流为零。
此时探针电位就是悬浮电位UF 。
继续增大探针电位,到达探针电极的电子数比正离子数多得多,探针电流转为正向,并且迅速增大,所以CD 段为电子流加离子流,以电子流为主。
当探针电极电位UP 进一步升高,探针电极周围的气体也被电离,使探极电流又迅速增大,甚至烧毁探针。
由单探针法得到的伏安特性曲线,可以求得等离子体的一些主要参量。
对于曲线的CD 段,由于电子受到减速电位)(s p U U -的作用,只有能量比)(s p U U e -大的那部分电子能够到达探针。
假定等离子区内电子的速度服从麦克斯韦分布,则减速电场中靠近探针表面处的电子密度e n ,由玻耳兹曼分布得⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=e s p e kT U U e n n )(exp 0 (1)式中0n 为等离子区中的电子密度,e T 为等离子区中的电子温度,k 为玻耳兹曼常数。
在电子平均速度为e ϑ时,在单位时间内落到表面为S 的探针上的电子数为S n N e e e ϑ41=(2) 将(1)式代入(2)式得探针上的电子电流()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-===e s p e e kT U U e I Se n e N I exp 410ϑ (3) Se n I e ϑ0041=(4)对(3)式取对数epe s kT eU kT eU I I +-=0ln ln 其中C kT eU I es=-0ln (C 为常数) 故C kT eU I ep +=ln (5)可见电子电流的对数和探针电位呈线性关系。
作半对数曲线,如图3所示,直线部分的斜率φtan ,可决定电子温度e Tφφtan 11600tan ==k e T e (k) (6)若取以10为底的对数,则常数11600应改为5040。
对于服从麦克斯韦分布的电子,其平均动能e E 和平均速度e v 分别为e e kT E 23=(7)ee e m kT v π8=(8)式中e m 为电子质量。
由(4)式可求得等离子区中的电子密度kT m eSI v eS I n eee π2400==(9)式中I0为s p U U =时的电子电流,S 为探针裸露在等离子区中的表面面积。
② 双探针法单探针法有一定的局限性,因为探针的电位要以放电管的阳极或阴极电位作为参考点,而且一部分放电电流会对探极电流有所贡献,造成探极电流过大和特性曲线失真。
接下来介绍另外一种方法—双探针法。
双探针法是在放电管中装两根探针,相隔一段距离l 。
双探针法的伏安特性曲线如图4所示。
熟悉了单探针法的理论后,对双探针的特性曲线是不难理解的。
在坐标原点,如果两根探针之间没有电位差,它们各自得到的电流相等,所以外电流为零。
然而,一般说来,由于两个探针所在的等离子体电位稍有不同,所以外加电压为零时,电流不是零。
随着外加电压逐步增加,电流趋于饱和。
最大电流是饱和离子电流1s I 、2s I 。
双探针法有一个重要的优点,即流到系统的总电流决不可能大于饱和离子电流。
这是因为流到系统的电子电流总是与相等的离子电流平衡,从而探针对等离子体的干扰大为减小。
由双探针特性曲线,通过下式可求得电子温度e T2121dI dU=+=U i i i i e I I I I k e T (10)式中e 为电子电荷,k 为玻耳兹曼常数,21,i i I I 为流到探针1和2的正离子电流。
它们由饱和离子流确定。
dI dU=U 是U=0附近伏安特性曲线斜率。
电子密度e n 为es e kT MeSI n 2=(11) 式中M 是放电管所充气体的离子质量,S 是两根探针的平均表面积。
s I 是正离子饱和电流。
图3 探针电子电流的对数特性图4 双探针法的伏安特性曲线由双探针法可测定等离子体内的轴向电场强度L E 。
一种方法是分别测定两根探针所在处的等离子体电位U1和U2,由下式得lU U E L 21-=(12) 式中l 为两探针间距。
另一种方法称为补偿法,接线如图5所示。
当电流表上的读数为零时,伏特表上的电位差除以探针间距l ,也可得到L E 。
(2) 霍尔效应法在等离子体中悬浮一对平行板,在与等离子体中带电粒子漂移垂直的方向施加磁场,保持磁场方向、漂移方向和平行板法线方向三者互相垂直,如图6所示,则具有电荷e 和漂移速度L v 的电子在磁场中受到的洛仑兹力为B v e F L L ⨯=式中B 为磁感应强度。
这个作用力使电子向平行板法线方向偏转,从而建立起霍尔电场H E ,这个电场对电子也将产生作用力He eE F =当磁力和电场力平等时,有BdU B E v HH L ==(13) 式中d 是平行板间距,H U 是霍尔电压。
实验证明,对弱磁场,霍尔电压和磁场之间保持线性关系,但(13)式要修改为BdU v HL 8=(14) 设电流密度为j ,则通过放电管的电流为A j I d d =设r 是放电管半径,则()rr ev r n I L e d 2d π=图5 电流补偿电路图6霍尔效应法示意在只考虑数量级时,可假定e n (r)是常数,则有L e v r e n I 2π= (15)由(14)式和(15)式,求得电子密度HL e U r e IBdv r e I n 228ππ==(16)亥姆霍兹线圈轴中内的磁感应强度为RNiB 0724.0μ=,式中0μ为真空磁导率,N 为线圈匝数,i 为线圈电流,R 为线圈半径。
实验仪器与器材气垫导轨、电脑通用计数器、滑块、砝码等。
等离子体物理实验组合仪(以下简称组合仪)、接线板和等离子体放电管。