Quasineutralität

Quasineutralität

Die Quasineutralität ist eine der grundlegenden Eigenschaften physikalischer Plasmen. Sie besagt, dass die Dichten von positiven und negativen Ladungen in einem Plasma ungefähr gleich groß sind. Der Begriff wurde erstmals von dem Physiker Irving Langmuir 1929 verwendet [1].

Ein Plasma ist ein ionisiertes Gas, dessen Atome oder Moleküle teilweise oder vollständig ihre Elektronen durch Ionisationsprozesse verloren haben. Die Elektronen sind dann nicht mehr an die Atome oder Moleküle gebunden, sondern von diesen befreit. Die negative Ladungen liegen in einem Plasma in Form von Elektronen und in bestimmten, u. a. von der Art des Gases abhängigen Fällen auch von negativen Ionen vor, während positive Ionen die positiven Ladungsträger stellen.

Quasineutralität liegt dann vor, wenn der Betrag der Differenz aus der Ladungsdichte der Ionen und der Dichte der freien Elektronen wesentlich kleiner als die Elektronendichte selbst ist:

\left| \sum_{i} (Z_{i} \cdot n_{i}) - n_{e}\right| \ll n_{e}.

Dabei ist ne die Dichte der freien Elektronen, Zi die Ladung der i-ten Ionensorte und ni ihre Dichte (die Summe wird über alle Ionenarten erstreckt). In extremen Fällen, in denen die Dichte von negativen Ionen nicht mehr gegenüber der Dichte von positiven Ionen vernachlässigt werden kann, müssen diese ebenfalls in der Gleichung berücksichtigt werden.

Elektrische Felder können die Neutralität eines Plasmas lokal stören, z. B. in der Nähe der Plasma-Randschicht oder in Plasma-Doppelschichten. Durch die dadurch erfolgte Trennung von positiven und negativen Ladungsträgern entstehen elektrische Spannungen. In einem quasineutralen Plasma ist die Neutralität nur über Bereiche gegeben, die groß gegenüber der Debye-Länge sind. Bei Plasmen in Gasentladungsröhren und in Tokamaks liegt diese typischerweise im Bereich von 0,1 mm bis 1 mm, im Sonnenwind etwa in der Größenordnung von 10 m und im interstellaren Medium sogar von 10 km. In Plasma-Doppelschichten, die sich zwischen Plasmen unterschiedlichen Typs bilden wie zwischen der Magnetosphäre und Ionosphäre der Erde, und im Weltall über große Entfernungen erstrecken können (es wurden schon Ausdehnungen über 5000 Lichtjahre beobachtet im Jet der Galaxie M 87), wird die Neutralität typischerweise über Abstände vom Zehnfachen der Debyelänge verletzt.

Daneben gibt es auch geladene Plasmen wie z.B. in den geladenen Teilchenstrahlen in Teilchenbeschleunigern oder in Ionenfallen.

Quellen

  1. Irving Langmuir and Lewi Tonks, "General Theory of the Plasma of an Arc", Phys. Rev. 34, 876-922 (1929)

Weblinks


Wikimedia Foundation.

Игры ⚽ Нужно решить контрольную?

Schlagen Sie auch in anderen Wörterbüchern nach:

  • Quasineutralität — kvazineutralumas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. quasi neutrality vok. Quasineutralität, f rus. квазинейтральность, f pranc. quasi neutralité, f …   Fizikos terminų žodynas

  • Debyeschicht — Als Randschicht oder Debyeschicht wird der Übergangsbereich eines Plasmas zu einer begrenzenden Wand bezeichnet. Die Elektronen in einem Plasma haben meist eine ähnliche oder höhere Temperatur als die Ionen und sind um ein vielfaches leichter.… …   Deutsch Wikipedia

  • Randschicht — Als Randschicht oder Debyeschicht wird der Übergangsbereich eines Plasmas zu einer begrenzenden Wand bezeichnet. Die Elektronen in einem Plasma haben meist eine ähnliche oder höhere Temperatur als die Ionen und sind um ein vielfaches leichter.… …   Deutsch Wikipedia

  • Plasma-Randschicht — Als Randschicht oder Debyeschicht wird der Übergangsbereich eines Plasmas zu einer begrenzenden Wand bezeichnet. Die Elektronen in einem Plasma haben meist eine ähnliche oder höhere Temperatur als die Ionen und sind um ein vielfaches leichter.… …   Deutsch Wikipedia

  • ambipolare Diffusion — ambipolare Diffusion,   in einem quasineutralen Plasma bei Vorhandensein eines Konzentrationsgefälles auftretende Diffusionserscheinung: Die Elektronen diffundieren in diesem Gefälle wegen ihrer größeren Beweglichkeit zunächst schneller als die… …   Universal-Lexikon

  • kvazineutralumas — statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. quasi neutrality vok. Quasineutralität, f rus. квазинейтральность, f pranc. quasi neutralité, f …   Fizikos terminų žodynas

  • quasi-neutrality — kvazineutralumas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. quasi neutrality vok. Quasineutralität, f rus. квазинейтральность, f pranc. quasi neutralité, f …   Fizikos terminų žodynas

  • quasi-neutralité — kvazineutralumas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. quasi neutrality vok. Quasineutralität, f rus. квазинейтральность, f pranc. quasi neutralité, f …   Fizikos terminų žodynas

  • квазинейтральность — kvazineutralumas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. quasi neutrality vok. Quasineutralität, f rus. квазинейтральность, f pranc. quasi neutralité, f …   Fizikos terminų žodynas

Share the article and excerpts

Direct link
Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”