物質(zhì)的第四態(tài)—等離子體

1、物質(zhì)的第四態(tài)等離子體高中講學(xué)教材高中講學(xué)教材顧瑯顧瑯2009.10概 述n講課目的講課目的n為什么講這個(gè)課題為什么講這個(gè)課題n什么叫等離子體什么叫等離子體n等離子體的特點(diǎn)等離子體的特點(diǎn)n等離子體研究的發(fā)展史等離子體研究的發(fā)展史n內(nèi)容提綱內(nèi)容提綱1.1.講課目的講課目的 啟發(fā)性講學(xué)目的：?jiǎn)l(fā)性講學(xué)目的： 世世界在如何發(fā)展？社會(huì)上的人在干什麼界在如何發(fā)展？社會(huì)上的人在干什麼?. ?. 教課書上知識(shí)與社會(huì)工作關(guān)聯(lián)教課書上知識(shí)與社會(huì)工作關(guān)聯(lián). . 現(xiàn)代傳媒豐富，現(xiàn)代傳媒豐富，但但缺少這些缺少這些內(nèi)容內(nèi)容，有些還，有些還誤導(dǎo)年輕人。誤導(dǎo)年輕人。要智慧人生要智慧人生* * 中國(guó)頂尖科學(xué)家郭永懷先生從美國(guó)回

2、來后中國(guó)頂尖科學(xué)家郭永懷先生從美國(guó)回來后曾說：我現(xiàn)在做的事，就是在年輕人和世曾說：我現(xiàn)在做的事，就是在年輕人和世界先進(jìn)科學(xué)之間搭起橋界先進(jìn)科學(xué)之間搭起橋梁梁。 在年輕人中在年輕人中普及科學(xué)知識(shí)普及科學(xué)知識(shí)很重要很重要, ,你們是社你們是社會(huì)進(jìn)步的希望會(huì)進(jìn)步的希望. .郭永懷郭永懷(1009-1968)(1009-1968)烈士烈士, ,力學(xué)專家力學(xué)專家, ,曾獲兩彈一星曾獲兩彈一星功勛獎(jiǎng)?wù)鹿转?jiǎng)?wù)? .19411941年在美國(guó)加洲理工學(xué)院從師馮年在美國(guó)加洲理工學(xué)院從師馮. .卡門卡門. .19451945年年, ,加洲理工學(xué)院研究員加洲理工學(xué)院研究員. .19461946年年, ,與錢學(xué)森一起

3、發(fā)表重要力學(xué)論文與錢學(xué)森一起發(fā)表重要力學(xué)論文. .19551955年年, ,康乃爾大學(xué)任教康乃爾大學(xué)任教, ,正教授正教授. .19561956年回國(guó)年回國(guó). .1956-19681956-1968年年, ,對(duì)兩彈一星及我國(guó)力學(xué)事業(yè)作出對(duì)兩彈一星及我國(guó)力學(xué)事業(yè)作出了突出貢獻(xiàn)了突出貢獻(xiàn). .不遺余力培養(yǎng)年輕的科學(xué)研究人員不遺余力培養(yǎng)年輕的科學(xué)研究人員19681968年年, ,因飛機(jī)失事不幸犧牲因飛機(jī)失事不幸犧牲, ,終年終年5959歲歲. .為何講這個(gè)題目？為何講這個(gè)題目？ a) a) 宇宇宙中充斥等離子體，如太陽就是一個(gè)等離子體火宙中充斥等離子體，如太陽就是一個(gè)等離子體火球球, ,是地球上一切

4、動(dòng)植物及人類生存的能源是地球上一切動(dòng)植物及人類生存的能源. .n( (圖圖) )b) b) 等離子體的應(yīng)用給人類生活帶來了巨大變化。最顯等離子體的應(yīng)用給人類生活帶來了巨大變化。最顯著的例子：等離子發(fā)生器著的例子：等離子發(fā)生器 芯片生產(chǎn)微小芯片生產(chǎn)微小化化 個(gè)人電腦的產(chǎn)生和發(fā)展?；瘜W(xué)刻蝕的芯個(gè)人電腦的產(chǎn)生和發(fā)展。化學(xué)刻蝕的芯片：原理如中學(xué)課上玻璃上涂臘再用化學(xué)腐蝕。片：原理如中學(xué)課上玻璃上涂臘再用化學(xué)腐蝕。( (圖圖) )太陽系圖太陽系圖太陽太陽天狼星天狼星 Arturo在這個(gè)比例圖上在這個(gè)比例圖上 木木星只是一個(gè)像素，星只是一個(gè)像素，地球則無法顯示地球則無法顯示北河三北河三牧夫座星牧夫座星在我

5、們可見的星空中在我們可見的星空中.論論亮度，心宿二排在第亮度，心宿二排在第15位。它離地球位。它離地球1000光年光年 Soleil 科普知識(shí) 應(yīng)用篇 中科院等離子體中科院等離子體研究所列表研究所列表（安徽合肥）（安徽合肥）什麼叫等離子體？什麼叫等離子體？q物質(zhì)的一種形態(tài)。物質(zhì)的一種形態(tài)。原子原子、分子、分子被被分離分離成成電子電子、離子，并離子，并共存。共存。 至少有一部分的原子或分子被電離。 等離子體的正負(fù)電荷數(shù)大致相等。所以，等離子體總體并不帶電，只是具有較高能量而已。 最常見形式是電離氣體。能導(dǎo)電,能發(fā)光.1.1.與常說的物質(zhì)的三態(tài)不同，與常說的物質(zhì)的三態(tài)不同，是能量的聚集是能量的聚集

6、態(tài)。態(tài)。 固態(tài)固態(tài), ,液態(tài)液態(tài), ,氣態(tài)以分子間氣態(tài)以分子間排列排列, ,距離不同劃分距離不同劃分. .等離子等離子體狀態(tài)與分子排列無關(guān)。體狀態(tài)與分子排列無關(guān)。 等離子體具有物理化學(xué)活等離子體具有物理化學(xué)活性。粒子動(dòng)能大性。粒子動(dòng)能大. .2. 2. 受電場(chǎng)受電場(chǎng)，磁場(chǎng)磁場(chǎng)的的影響影響及控制及控制. .因而我們可以利用電磁場(chǎng)，溫度因而我們可以利用電磁場(chǎng)，溫度等控制等離子體環(huán)境下的物理化等控制等離子體環(huán)境下的物理化學(xué)過程學(xué)過程. .3.3.正負(fù)帶電粒子的同時(shí)存在，使等正負(fù)帶電粒子的同時(shí)存在，使等離子體現(xiàn)象多樣化，復(fù)雜化。粒離子體現(xiàn)象多樣化，復(fù)雜化。粒子之間有明顯的電磁作用力子之間有明顯的電磁作

7、用力. .表現(xiàn)表現(xiàn)出集體行為出集體行為. .等離子體研究的發(fā)展n1879年年,英國(guó)威廉姆英國(guó)威廉姆.庫克斯確認(rèn)放電管中的氣體呈現(xiàn)電離庫克斯確認(rèn)放電管中的氣體呈現(xiàn)電離狀態(tài)狀態(tài).n1924年年,阿普爾頓等人通過對(duì)無線電波回波的接收阿普爾頓等人通過對(duì)無線電波回波的接收n證實(shí)了等離子體層的作用證實(shí)了等離子體層的作用.n1928年年,朗繆耳首次采用朗繆耳首次采用” Plasma”定義定義(中譯為等離子體中譯為等離子體)包含了電子，離子，中性原子和分子的氣體。包含了電子，離子，中性原子和分子的氣體。*n朗繆耳探針的發(fā)現(xiàn)促進(jìn)等離子體研究朗繆耳探針的發(fā)現(xiàn)促進(jìn)等離子體研究,1949？用火箭上安？用火箭上安裝探針

8、探測(cè)大氣中等離子體層裝探針探測(cè)大氣中等離子體層.n光譜儀使太陽組成及其能源得以確定光譜儀使太陽組成及其能源得以確定.n新一代紅外相機(jī)獲得較準(zhǔn)確的宇宙空間物體的資料新一代紅外相機(jī)獲得較準(zhǔn)確的宇宙空間物體的資料.1950 年左右年左右 西方國(guó)家開始授控核聚變研究西方國(guó)家開始授控核聚變研究.1970年后年后,等離子體研究開始被廣泛用于微等離子體研究開始被廣泛用于微電子工業(yè)電子工業(yè) 及其它工業(yè)的等離子體加工及其它工業(yè)的等離子體加工.1990年，用年，用“發(fā)現(xiàn)號(hào)發(fā)現(xiàn)號(hào)”航天飛機(jī)發(fā)射了哈勃航天飛機(jī)發(fā)射了哈勃太空望遠(yuǎn)鏡。太空望遠(yuǎn)鏡。歐文歐文.朗繆耳朗繆耳 :*(1881-1957),美國(guó)化學(xué)美國(guó)化學(xué),物理學(xué)

9、家物理學(xué)家. 1932年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng). 定義了同位素定義了同位素,化合價(jià)這些概念化合價(jià)這些概念. 早期研究等離子體的早期研究等離子體的科學(xué)家之一科學(xué)家之一. 曾發(fā)現(xiàn)用干冰和碘化物曾發(fā)現(xiàn)用干冰和碘化物,低低溫下可用作人工降雨溫下可用作人工降雨.講課內(nèi)容及提綱n 1. 概述概述n 2. 宇宙中的等離子體宇宙中的等離子體(太陽即等離子體火球太陽即等離子體火球)n 3. 大自然中的等離子體現(xiàn)象大自然中的等離子體現(xiàn)象,空間等離子體研究空間等離子體研究.n 4. 人工產(chǎn)生等離子體人工產(chǎn)生等離子體:高溫等離子體高溫等離子體(核聚變核聚變)的研究的研究n (不可控核反應(yīng)不可控核反應(yīng),核裂變核裂變,核聚變核聚變) n 5. 低溫等離子體的產(chǎn)生方法低溫等離子體的產(chǎn)生方法,分類分類,應(yīng)用概述應(yīng)用概述n (熱等離子體熱等離子體,冷等離子體冷等離子體) n 6. 等離子體特殊的化學(xué)反應(yīng)環(huán)境及應(yīng)用等離子體特殊的化學(xué)反應(yīng)環(huán)境及應(yīng)用n 7. 等離子體化學(xué)氣