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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 专业学科区 » 物理 » 气体放电均匀性与系统熵值的关系
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leongoall

专家顾问 (知名作家)

[交流] 气体放电均匀性与系统熵值的关系

本人等离子体物理低温气体放电物理方向，众所周知，利用气体放电作为非平衡等离子体源的一个挺有难度的工作是实现均匀的辉光放电，特别是在高气压下。我的想法如下：对于一个气体放电系统来说，能否从能量吸收和熵值的角度来考察其放电均匀性：系统熵值越大，其无序性增强，实现均匀放电的可能性也增大；反之，系统熵值越小，无序性减弱，均匀放电的可能性随之减小。

从目前的一些放电实例来说，显然电场是减小熵值的作用（使得带电粒子沿电场方向运动从而降低无序性），从而降低均匀放电的可能性（低气压直流辉光放电也是因为低气压下系统的粒子数本身不多，其无序性受电场影响较小）；而磁场则可以增加系统的无序性（磁场本身位型分布难以均匀，且其间带电粒子运动相对电场更无序），从而引入磁场后，系统可以实现均匀放电的可能性增加，如ECR放电在电场较强的情况下仍然是均匀放电。

以上说法都是本人的一些猜想，不知道有无错误，请高手指正并积极讨论！纯表情或者仅仅友情帮顶请绕道！

[ Last edited by 华丽的飘过 on 2012-9-22 at 21:09 ]
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1楼2012-04-24 13:00:55
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leongoall

专家顾问 (知名作家)
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2楼: Originally posted by ychguang at 2012-04-26 01:26:16:
觉得楼主说得有点玄了
为什么辉光放电就比弧光放电熵值低呢？

你理解错了吧！

我说熵值大，放电空间气体的无序性更强，更容易能实现均匀放电。用到辉光放电和弧光放电的例子上是辉光放电的熵值更高，因此其相对于弧光放电更稳定！
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3楼2012-04-26 03:39:41
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leongoall

专家顾问 (知名作家)
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5楼: Originally posted by chengch0447 at 2012-04-28 09:26:28:
lz的想法有点意思
我这里乱说一句 不知对否
不知空气、氩气、氮气和氦气那个熵值高，在同样气压 如大气压或高气压
他们在高气压或大气压放电时 能形成辉光或均匀性强的好想氦气好点
从这个方面能不能验证 lz的 ...

多谢参与讨论！
我对不同气体、不同气压情况下系统熵值的理解如下：
不同气体分子其放电过程中形成的离子质量和载荷不同，而气体分子质量直接跟其迁移速度有关系，也就是说质量大的气体分子迁移速度小，导致熵值也会变小，从而非均匀放电的可能性增加，这可能就就是同样条件下氦气更容易实现均匀放电的可能性之一！
而气压从微观意义上来说实际上就是气体分子对容器壁的撞击，其大小也直接反应了系统内粒子的数量、迁移速度及无序性，压强越大，对于同样粒子数的气体，如果其压强更大，则其无序性必然更小，熵值也更小，非均匀放电的可能性增强！
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7楼2012-04-28 13:30:40
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leongoall

专家顾问 (知名作家)
夕阳西下: , 热能可能也不会完全损耗，理论上来说，热能也可以转化为其他能。 2012-04-29 19:22:58
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8楼: Originally posted by chengch0447 at 2012-04-28 21:17:19:
这又有一个问题了 大气压DBD放电中如果考虑质量和载荷的话 应该氢气也是比较容易放电的 但实际上氢气要比氩气难放电的多  不知道这能不能用您的思路来解释 谢谢

呵呵，欢迎讨论！具体问题具体分析，只考虑一个原因往往是很难圆满的解释一个实际问题。对于氢气放电和氩气放电的比较，我的理解如下：

氢气放电与氩气放电相比较的话，又要引入电离能的概念！其一，氢气是双原子分子，其电离能比氩气作为单原子分子要高，即氢气开始放电的能量阈值比氩气放电高；其二，氢气分子电离过程属于放热反应，但由于氢原子能级结构的关系，放电过程中所能产生亚稳态的类型要比氩气少得多，这使得氢气放电大部分能量不能以光能直接通过能级跃迁的方式直接吸收，而主要以热能的形式转化为粒子的平均动能等其他形式的能量或者直接损失，即释放的热量不但不能增加粒子的无序性（对应熵值并不增大），反而增加了系统的不稳定性，因此其放电过程更不容易控制（等离子体喷涂中常常通过加入少量氢气增加电弧的焓值，但多了就会烧枪，大概就是这个道理）。

以上仅为个人观点，如有谬误，请指正！

[ Last edited by leongoall on 2012-4-30 at 13:08 ]
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9楼2012-04-28 23:28:56
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leongoall

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10楼: Originally posted by chengch0447 at 2012-04-29 20:42:27:
有一定道理 你这么说 下次可以考虑用氮气和氢气比较一下  哪一种更容易电离

直接拿两种气体放电来比较还是很难有说服力的，影响放电均匀性的因素太多，不好说那种容易电离就更能容易是实现均匀放电！
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11楼2012-04-30 13:04:44
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leongoall

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12楼: Originally posted by chengch0447 at 2012-04-30 20:01:49:
突然想到一个问题
空气在大约1000pa到一个大气压这段气压 往往要比氩气更容易行程均匀放电 不知道这个能不能解释

你这个结论我不敢肯定是否正确！请提供相关文献，谢谢！
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13楼2012-04-30 20:32:53
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leongoall

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14楼: Originally posted by chengch0447 at 2012-04-30 23:47:54:
目前文献好像没有 不过自己试验发现类似的现象

请问你在实验过程中如何判断是否均匀放电？
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15楼2012-05-06 18:23:06
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leongoall

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18楼: Originally posted by wllizc at 2012-08-31 11:11:50
楼主们，怎么模拟放电时的电子密度啊？用什么软件或程序

这个不是一两句话就能说清楚的，低温等离子体的模拟有很多文献，你先找点文献看看，关于电子密度都是利用电荷守恒已经高斯定律之类的微分方程组解出来的！
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19楼2012-08-31 13:19:52
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leongoall

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20楼: Originally posted by Dacike123 at 2014-05-05 15:12:42
熵值是跟气体的温度和放电过程的西方热有关系貌似有些关系？假设系统的熵值在初始时刻是一定的，由于dS=dQ/T，因此，当放电开始后，产生热量，有热量损失dQ，鉴于是低温等离子体，如果考虑系统的温度T不变的话，dQ越 ...

系统温度T不变的假设不尽合理，因为这里是非平衡态，即电子温度和离子温度相差好几个数量级，到底是假设宏观温度不变还是微观温度不变呢？另外，应该是由系统熵值大小决定放电模式从而决定放出热量，反过来这样推理我不知道合理性有多少，继续讨论！
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21楼2014-05-06 17:22:42
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