میدان الکتریکی شکست برای موج الکترومغناطیسی

مدیران انجمن: javad123javad, parse

ارسال پست
abdossamad2021

عضویت : چهارشنبه ۱۳۹۹/۱۲/۲۰ - ۱۶:۱۵


پست: 13



میدان الکتریکی شکست برای موج الکترومغناطیسی

پست توسط abdossamad2021 »

با سلام خدمت دوستان
همانطور که می دانیم موج الکترومغناطیسی در هر نقطه از فضا از ترکیب میدان الکتریکی و مغناطیسی تشکیل شده است. آیا امکان دارد که شدت منبع موج الکترومغناطیسی (یا نور) به قدری زیاد باشد که میدان الکتریکی آن در حد شکست در هوا باشد و هوا را یونیزه کند؟

نمایه کاربر
rohamjpl

نام: roham hesami

محل اقامت: Tehran -Qeytariyeh, Ketabi Street, 8 meters from Saba

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 747

سپاس: 434

جنسیت:

تماس:

Re: میدان الکتریکی شکست برای موج الکترومغناطیسی

پست توسط rohamjpl »

برای یونیزاسیون هوا چه مقدار انرژی لازم است؟تصویر
نتایج تجربی نشان داده است که انرژی واقعی لازم برای ایجاد یک جفت یون حدود 2-3 برابر بیشتر از پتانسیل یونیزاسیون است. به عنوان مثال ، پتانسیل های یونیزاسیون اکسیژن و نیتروژن به ترتیب 13.6 و 14.5 eV است ، در حالی که میانگین انرژی برای ایجاد یک جفت یون در هوا 34 eV است
من ابتدا در مورد رعد برق و هدایت در هوا مطلب باز کنم
اگر هوا نتواند برق را هدایت کند ، چگونه صاعقه می تواند اتفاق بیفتد؟هوا به روشی که فلزات انجام می دهند ، الکتریسیته را هدایت نمی کند. ما معمولاً رساناها را فلزاتی با الکترون آزاد می دانیم که به راحتی در کل فلز حرکت می کنند. ولتاژهای کوچک الکترون ها را به حرکت در می آورد و یک جریان می تواند جریان یابد.
در مورد هوا و بسیاری از مواد دیگر الکترون وجود دارد ، اما آنها کاملاً به اتمها و مولکولهای جداگانه متصل هستند و نمی توانند مانند روشی که الکترونهای آزاد در فلزات انجام می دهند حرکت کنند.
حال اگر از ولتاژ بسیار بالایی - از حدود 200 ولت تا 1000 ولت (یا بالاتر) بیشتر استفاده کنیم - در این صورت می توان جرقه ها ، صاعقه یا انواع دیگر پلاسما را ایجاد کرد که در آن الکترون های آزاد در گاز حرکت می کنند و می توانند الکتریسیته را انتقال دهند. برای تولید این پلاسما ها به مقدار قابل توجهی انرژی نیاز است زیرا الکترون ها از اتم ها و مولکول ها باید در برابر موانع بزرگ انرژی حذف شوند. برای هدایت این فرآیند "یونیزاسیون" در گاز ، ولتاژ بالا لازم است. به قانون Paschen نگاهی بیندازید و به منحنی های Paschen توجه کنید که حداقل ولتاژهای خرابی گازهای مختلف را نشان می دهد. (توجه داشته باشید که برای نگهداری الکترونهای آزاد در یک محیط گازی مانند هوا انرژی لازم است ، در حالی که الکترونهای آزاد در یک رسانای فلزی همیشه وجود دارند. هر الکترون آزاد باید توسط یونیزاسیون اتم گاز / مولکول یا انتشار الکترون از یک سطح ایجاد شود - بنابراین برای هر الکترون آزاد در پلاسما باید 5 تا 10 ولت یا بیشتر انرژی برای تولید الکترون آزاد وجود داشته باشد ... و سپس الکترونها از دست می روند ، به عنوان مثال در ترکیب با یونهای مثبت ، بنابراین برای حفظ انرژی باید به طور مداوم استفاده شود تعداد قابل توجهی الکترون آزاد)
بنابراین با ولتاژهای بزرگ می توان الکترونهایی تولید کرد که می توانند آزادانه در یک گاز حرکت کنند و الکتریسیته را هدایت کنند - مانند مثال رعد و برق.
آیا رعد و برق در خلا امکان پذیر است / قابل مشاهده است یا خیر؟در اصل دو توضیح وجود دارد:
اساساً صاعقه به دلیل گرمای تولید شده در مولکولهای هوا قابل مشاهده است و جریان جریان فقط به این دلیل امکان پذیر است که اتمهای هوا توسط میدان الکتریکی یونیزه می شوند و مولکولهای هوا به شکل پلاسما دارای اتمهایی در حالت هیجان زده ، و وقتی اینها آرام می شوند ، نور مرئی ساطع می کنند. بدیهی است که این در خلا امکان پذیر نیست.
الکترون ها ، در اثر انتشار رعد و برق ، الکترون های آزاد هستند و به هسته ها متصل نیستند و در صورت سرعت گرفتن می توانند نور مرئی ساطع کنند. بنابراین رعد و برق در خلا امکان پذیر است ، و همچنین قابل مشاهده است.آیا رعد و برق نمونه ای از تابش انرژی از شارژ شتابدار است؟
پاسخ مرتب کردن منفی است. اگرچه پالس جریان الکتریکی مطمئناً از طریق فرآیندی که توصیف می کنید در باند رادیویی به عنوان یک آنتن طبیعی ساطع می شود ، اما انتشار در طیف مرئی با استفاده از همان فرایند به شتاب شدید الکترون ها نیاز دارد. این اساساً دلیل عدم دیدن آنتن های نور مرئی است. بیشتر نور مرئی در حقیقت با انتقال الکترونیکی در اتمها یا مولکول ها تولید می شود. در مورد صاعقه ، جریان از طریق هوا امکان پذیر است زیرا هوا توسط میدان الکتریکی تا حدی یونیزه می شود. این یونیزاسیون سپس توسط گرمای تولید شده در هنگام عبور جریان زیاد یک صاعقه از کانال یونیزه حفظ و حداکثر می شود. این گرما همان چیزی است که بیشتر نور را تولید می کند. هوای به شدت یونیزه که اکنون در یک حالت پلاسما قرار دارد ، دارای مولکول های هوای زیادی در حالت الکترونیکی برانگیخته است. وقتی این حالت های هیجان زده به حالت عادی خود شل می شوند ، نوری منتشر می کنند که بیشتر آن در طیف مرئی است.
آیا رعد و برق می تواند در خلا رخ دهد؟
منظور شما از "صاعقه" بستگی دارد. بله ، زیرا شارژ می تواند از خلأ عبور کند ، اما خیر ، زیرا شما چیزی نخواهید دید. جلوه بصری که در آسمان مشاهده می کنید در واقع یک پلاسمای لومینسانس است که پس از حرکت بار در جو باقی می ماند. بدون جو ، بدون پلاسما ، بدون نور.
آیا برق می تواند از طریق خلا through جریان یابد؟
بر اساس تابش میدانی از نقاط تیز میکروسکوپی ، این تصویر هنگامی که میدان الکتریکی محلی در کاتد به یک مقدار بحرانی برسد ، خرابی را پیش بینی می کند. میدان محلی ، که برای الکترودهای سطح وسیع ممکن است بسیار بزرگتر از میدان متوسط ​​باشد ، از مشاهدات انتشار میدان قبل از خرابی استنباط می شود.
به عبارت دیگر ، آنها با دقت جریان انتشار میدان را قبل از خرابی اندازه گیری کردند و از یک منحنی فاولر-نوردهایم خوب پیروی می کند. تنها چیزی که لازم است این است که جایی در سطح الکترود نقصی وجود داشته باشد که به صورت محلی زمینه را تقویت می کند. در یک میدان حیاتی از بین می رود ، و تعداد زیادی الکترون منتشر می کند. سپس این می تواند منطقه را در اطراف انتشار (و جایی که آنها تأثیر می گذارد) به صورت محلی گرم کرده و مواد را در سطح آزاد کند (آلاینده ها یا فلز) ، منجر به یونیزاسیون و انتشار نور از پلاسمای در حال گسترش می شود. آسیب زیاد به سطوح فلزی امری عادی است که پس از آن ممکن است نیاز به صیقل کاری داشته باشد تا به حالت معقول برگردد.
برای کسانی که دارای سیستم های خلا ولتاژ بالا "تهویه" هستند ، انتشار مواد در فاز گاز از این نوع حوادث کاملاً شناخته شده است و به راحتی در فشار سنجهای خلاuum که معمولاً فاصله زیادی با واقعه خرابی واقعی دارند ، دیده می شود.
بنابراین ، بله ، می توان در محفظه خلا light رعد و برق گرفت (و ممکن است یک BANG بسیار بزرگ باشد! و ، تابش نور حاصل می شود ، اما این از پلاسمای تشکیل شده در طی فرآیند است.
رسانایی خلاuum مسئله خیلی پیش پا افتاده ای نیست. در حقیقت ، بسته به نوع نگاه شما به دو روش متفاوت رفتار می کند. در مرحله اول ، هیچ نیروی عقب انداز بر روی هر ذره باردار با سرعت ثابت در خلا وجود ندارد. تا این حد ، هیچ کار اضافی برای حفظ جریان ثابت از طریق هر سطح در خلا لازم نیست. بنابراین ، مقاومت خلاuum در واقع بی نهایت است ، تا زمانی که مقاومت را از نظر پاسخ حامل های بار یک ماده تعریف کنیم. از این نظر ، ممکن است بگوییم که این یک عایق است - هیچ حامل شارژ وجود ندارد.
چه چیزی باعث می شود تا رعد و برق بین ماه و زمین بپرد؟
از آنجا که "خلا perfect کامل" فاقد ذرات باردار است ، به طور معمول مانند یک عایق کامل رفتار می کند. با این حال ، سطح الکترودهای فلزی می تواند باعث ایجاد هدایت ناحیه ای از خلا by با تزریق الکترون یا یون آزاد از طریق انتشار الکترون میدانی یا انتشار ترمونیک شود.
بنابراین اساساً نه تنها دید رعد و برق قابل بحث است ، بلکه جریان جریان در خلا نیز متناقض است
چرا شکل رعد و برق یا جرقه برقی یک خط زیگ زاگ است؟رعد و برق فقط الکتریسیته است ، انفجار عظیمی از الکترونها که سعی می کنند مسیر کمترین مقاومت را از طریق مولکول های جو به زمین پیدا کنند.
الکترونها از مکانهای مختلف ابرها می آیند و جو همگن نیست: تفاوت هایی در رطوبت ، دما ، چگالی ، تعداد ذرات ، سرعت و غیره وجود دارد و این خصوصاً در رعد و برق بسیار صدق می کند. بارها در همه جا جمع می شوند و زمینه های الکتریکی نیز در همه جا وجود دارد ، دیر یا زود یک یا چند مورد از این میدان های الکتریکی به مقاومت بحرانی می رسند ، یا شاید یک اشعه کیهانی مسیری را از وسط آن یونیزه می کند که در آن کارها شروع به هدایت می کنند و آنجا می رود: رعد و برق و رعد و برق.
در حالی که الکترونهای متحرک در معرض تغییر جهت از میدان های مغناطیسی هستند. این انرژی ناشی از اختلاف در سطح ولتاژ استاتیک یا میدان های الکتریکی است
قوس الكتريكي در جاهايي تشكيل مي شود كه هوا به راحتي يونيزه مي شود (همين امر باعث هدايت الكتريسيته مي شود) و عموماً در جهت كمترين فاصله بين بار الكتريكي و زمين (پتانسيل الكتريكي پايين تر)
چگونه ولتاژ بالا می تواند یون ایجاد کند؟ وقتی الکترون به اتم گاز برخورد می کند ، آن را یونیزه می کند. اما چگونه این اتفاق می افتد؟ برای انجام این کار ، یک الکترون باید یکی از الکترونهای اتم را بیرون بکشد و همچنین از نیروی پروتون ها "فرار" کند؟ یا حتی دو الکترون از اتم را بیرون بریزید ، در حالی که توسط اتم "گرفته شده" است ...
وقتی سعی کردم پیشرانه کویل تسلا را بفهمم مقاله ای درباره تخلیه کرونا پیدا کردم. توضیحی در مورد یونیزاسیون با پرتوهای کیهانی وجود دارد ، اما در اتاق های یونیزاسیون چنین نیست. بنابراین کسی می تواند به من بگوید که در واقع چه خبر است؟
در تخلیه تاج ، فقط یک الکترود وجود دارد. وقتی این الکترود به ولتاژ بالا شارژ می شود ، هوای نزدیک آن را یونیزه می کند. یونهای مثبت و منفی در جهت مخالف شروع به حرکت می کنند و یک باد یونی دو جهته ایجاد می کنند. باد ، که از الکترود دور می شود ، هیچ تأثیری بر روی آن ندارد ، در حالی که باد ، به سمت الکترود می وزد ، آن را هل می دهد. این یکی از ساده ترین اشکال پیشرانه یونی است.تصویر
برای یونیزاسیون یون معین ، معمولاً به چند الکترون ولت انرژی نیاز دارد. به عنوان مثال 10 eV بگویید. اگر پس از برخورد ، الکترون توسط میدان الکتریکی شتاب می گیرد تا قبل از برخورد بعدی خود دارای انرژی جنبشی مثلاً 20 ولت باشد ، در این صورت انرژی زیادی برای یونیزاسیون یک اتم و هم فرار از خود دارد. در عمل مقدار بین 10 تا 20 eV کافی است.[
آیا یک لیزر به اندازه کافی قدرتمند می تواند نیتروژن را در هوا در امتداد پرتو لیزر یونیزه کند؟لیزر به اندازه کافی قدرتمند می تواند نیتروژن را یونیزه کند.
حال این سوال که چقدر لیزر باید قدرت داشته باشد ، یک سوال پیچیده است که باید به آن پاسخ دهید ، زیرا این امر به نحوه یونیزه شدن هر اتم نیتروژن (یا مثلاً یک مولکول در هوا) بستگی دارد. مکانیسم های یونیزاسیون را می توان به دو دسته مشترک تقسیم کرد. یونیزاسیون فتونیون و یونیزاسیون تصادفی. در فوتونیزاسیون ، الکترون با برهم کنش با یک میدان الکترومغناطیسی از اتم خارج می شود. در یونیزاسیون تصادفی ، هنگامی که ذره ای ، مثلاً یک الکترون آزاد ، با اتم برخورد می کند ، الکترون خارج می شود.
فتونیوناسیون می تواند به طرق مختلف رخ دهد نیاز به طول موج 88
nm برای یونیزاسیون تک فوتون است. اگر 88nm را به انرژی فوتون تبدیل کنیم ، ℏω ، پس$\hbar\omega=2\pi\hbar c/\lambda = 14\text{eV}$بدست می آوریم. این مربوط به انرژی یونیزاسیون برای نیتروژن 14.53414eV است(به مقدار CRC در ویکی پدیا مراجعه کنید: انرژی یونیزاسیون).. در این فرآیند ، یک فوتون منفرد 88 نانومتری (واقعاً باید 30/85 نانومتر باشد) تقریباً انرژی کافی برای یونیزه کردن نیتروژن دارد. در این حالت ، اوج شدت لیزر از اهمیت کمتری برخوردار است. تنها چیزی که شما نیاز دارید حداقل یک فوتون در هر اتم است. یونیزاسیون تک فوتونی تنها راه یونیزه کردن نیتروژن نیست. یونیزاسیون چند فوتونی (MPI) نیز وجود دارد که در آن چندین فوتون ، که هر کدام انرژی بیش از حد کوچکی برای یونیزاسیون دارند ، به یونیزه کردن یک اتم کمک می کنند. این فرایند به شدت نور (قدرت در واحد سطح) بستگی دارد.در طول موجهای 800 نانومتر ، MPI تمایل دارد که فرآیند اصلی در پالس های پیکو ثانیه با شدت I = 1011W / cm2 تا 1012W / cm2 باشد. با پارامترهای فعلی لیزر می توان به راحتی به این پارامترها رسید. توجه داشته باشید که انرژی موجود در پالس (1013W / cm2) (100ps) ∗ πR2≈1J است
. این مربوط به مواردی است که برای یونیزاسیون کل گاز مورد نیاز است. برای به دست آوردن یونیزاسیون بیشتر ، می توانیم پالس لیزر را طولانی تر ، طول موج کوتاهتر یا شدت آن را بیشتر کنیم ، اما اگر این پارامترها را بیش از حد تغییر دهیم ، ممکن است فرایندهای فیزیکی دیگری نیز شروع شوند.
اگر شدت آن بیشتر شود ، ما می توانیم یونیزاسیون تونل (TI) را بدست آوریم که نوعی فوتونیزاسیون است. این حالت زمانی اتفاق می افتد که میدان الکتریکی لیزر به قدری قوی باشد که الکترون را از اتم بیرون بکشد. واقعاً ، تونل زنی و یونیزاسیون چند فوتونی رژیم های مختلفی از یک فرآیند هستند اما مردم اغلب از آنها به عنوان فرآیندهای مختلف یاد می کنند. در نیتروژن در 800 نانومتر ، این فرآیند برای شدتهای بالاتر از $I=10^{11}\text{W/cm}^2$ مهم می شود
که به طور معمول در طول پالس های لیزر فمتوسکند رخ می دهد. بازهم می توان با سیستم های لیزر فعلی دانشگاه به این پارامترها دست یافت. انرژی موجود در یکی از این پالس ها $(10^{13}\text{W/cm}^2) (100\text{ps}) * \pi R^2 \approx 1\text{J}$است
. انرژی های معمولی 1mJ تا 1J هستند بنابراین ممکن است پارامترهای من کمی خوش بینانه باشند. اگر انرژی کافی برای یونیزه کردن تمام گاز ندارید ، یونیزه شدن آن تا حدی امکان پذیر است.
سرانجام ، یونیزاسیون تصادفی (CI) اغلب برای پالس های طولانی مانند نانو ثانیه مهم است. در این مدت شدت لیزر می تواند کمتر باشد اما شما برای یونیزه کردن بیشتر الکترونها حداقل به 1.8J نیاز خواهید داشت. در طی یونیزاسیون تصادفی ، تعداد کمی الکترون آزاد در میدان الکتریکی تکان می خورند. اگر انرژی جنبشی آنها از انرژی یونیزاسیون (14eV) بیشتر باشد ، در صورت برخورد با یک اتم می توانند الکترون دیگری را از پا در آورند.
چه فرکانس های تابش EM می تواند هوا را یونیزه کند؟چه فرکانس های تابش EM می تواند هوا را یونیزه کند؟
به طور کلی بیان شده است که برای یونیزه کردن بیشتر اتم ها حداقل به نور ماورا بنفش نیاز است ، بنابراین چرا به آن تابش یونیزان گفته می شود. طیف UV از 10-400 نانومتر یا $~10-400 nm or ~750-30000 THz$ گسترش می یابد ، بنابراین می توانید ببینید که هر دو طول موج تخمینی نشان داده شده در بالا در محدوده طیف UV قرار دارند.
آیا با استفاده از مایکروویو می توان هوا را یونیزه کرد؟تابش مایکروویو می تواند با یونیزاسیون هوا همراه باشد. اما یونیزاسیون هوا به دلیل برهم کنش تابش مایکروویو با هوا ایجاد نمی شود.
به عنوان مثال می توان به قوس زنی اشاره کرد که می تواند در اجاق مایکروویو هنگام قرار دادن اشیا metal فلزی در کوره ای که برای استفاده با آن طراحی نشده است ، ایجاد شود. ولتاژهای زیاد القایی باعث یونیزه شدن و خراب شدن هوا می شود. این یک پدیده ولتاژ بالا است. این ارتباط به معنای تابش یونیزه تابش مایکروویو نیست.
پتانسیل یونیزاسیون هوا حدود 14 EV است. انرژی فوتون مایکروویو 2450 مگاهرتز فقط حدود$$10^{-5}است
ev ، بسیار کمتر از آن که برای یونیزه کردن هوا لازم استتابش مایکروویو می تواند با یونیزاسیون هوا همراه باشد. اما یونیزاسیون هوا به دلیل برهم کنش تابش مایکروویو با هوا ایجاد نمی شود. ... ولتاژهای زیاد القایی باعث یونیزه شدن و خراب شدن هوا می شود.
توجه شدت موج $\displaystyle{I}_{\text{ave}}=\frac{c\epsilon_0E_0^2}{2}\\$یا$ \displaystyle{I}_{\text{ave}}=\frac{cB_0^2}{2\mu_0}\\$یا$\displaystyle{I}_{\text{ave}}=\frac{E_0B_0}{2\mu_0}\\$
i hope i helped roham hesami smile260 smile072 smile261
تصویر

ارسال پست