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一起来了解物质的等离子体

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收藏 来源:福建中考网2017-04-28 14:46:44

 如果对气体持续加热,加热到一定温度,气体中的分子分解为原子并发生电离,就形成了由离子、电子和中性粒子组成的气体,这种状态称为等离子体。等离子体通常被视为物质除固态、液态、气态之外存在的第四种形态。等离子体与气体的性质差异很大。

  电离等离子体和普通气体的最大区别是它是一种电离气体。由于存在带负电的自由电子和带正电的离子,是很好的导体,有很高的电导率。组成粒子和一般气体不同的是,等离子体包含两到三种不同组成粒子:自由电子,带正电的离子和未电离的原子。轻度电离的等离子体,离子温度一般远低于电子温度,称之为“低温等离子体”。高度电离的等离子体,离子温度和电子温度都很高,称为“高温等离子体”。相比于一般气体,等离子体组成粒子间的相互作用也大很多。

  

  等离子体从1879年发现后,到现在已经应用于机械加工、化工、冶金、发电、作物育种等领域,显示了它的独特魅力。

  等离子体机械加工

  利用等离子体喷枪产生的高温高速射流,可进行焊接、堆焊、喷涂、切割、加热切削等机械加工。等离子弧焊接比钨极氩弧焊接快得多。1965年问世的微等离子弧焊接,火炬尺寸只有2~3毫米,可用于加工十分细小的工件。等离子弧堆焊可在部件上堆焊耐磨、耐腐蚀、耐高温的合金,用来加工各种特殊阀门、钻头、刀具、模具和机轴等。利用电弧等离子体的高温和强喷射力,还能把金属或非金属喷涂在工件表面,以提高工件的耐磨、耐腐蚀;、耐高温氧化、抗震等性能。等离子体切割是用电弧等离子体将被切割的金属迅速局部加热到熔化状态,同时用高速气流将已熔金属吹掉而形成狭窄的切口。等离子体加热切削是在刀具前适当设置一等离子体弧,让金属在切削前受热,改变加工材料的机械性能,使之易于切削。这种方法比常规切削方法提高工效5~20倍。

  

  等离子体化工

  利用等离子体的高温或其中的活性粒子和辐射来促成某些化学反应,以获取新的物质。如用电弧等离子体制备氮化硼超细粉,用高频等离子体制备二氧化钛(钛白)粉等。

  等离子体冶金

  从20世纪60年代开始,人们利用热等离子体熔化和精炼金属,现在等离子体电弧熔炼炉已广泛用于熔化耐高温合金和炼制高级合金钢;还可用来促进化学反应以及从矿物中提取所需产物。

  等离子体表面处理

  用冷等离子体处理金属或非金属固体表面,可显著改变固体的表面性能。如在光学透镜表面沉积10微米的有机硅单体薄膜,可改善透镜的抗划痕性能和反射指数;用冷等离子体处理聚酯织物,可改变其表面浸润性。这一技术还常用于金属固体表面的清洗和刻蚀。

  等离子发电

  燃烧产生的等离子体还用于磁流体发电。

  

  等离子体推进

  上世纪70年代以来,人们利用电离气体中电流和磁场的相互作用力使气体高速喷射而产生的推力,制造出磁等离子体动力推进器和脉冲等离子体推进器。它们的比冲(火箭排气速度与重力加速度之比)比化学燃料推进器高得多,已成为航天技术中较为理想的推进方法。

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