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Neutralité d'un plasma ?



  1. #1
    Gpadide

    Neutralité d'un plasma ?


    ------

    Bonjour, je suis en train de traiter un exo dans lequel on est dans un plasma et ils utilisent l'equation de conservation de la charge, en prenant en compte la dérivée de rho par rapport au temps. Or pour moi un plasma est toujours neutre, donc cette relation devrait toujours s'ecrire div j = 0 car rho est toujours nul non ?
    Merci pour vos précisions.

    -----

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  3. #2
    deep_turtle

    Re : Neutralité d'un plasma ?

    Salut,

    Un plasma est globalement neutre (autant de charges + que moins au total), mais tu peux avoir localement un surplus de l'un et surplus de l'autre ailleurs (c'est ce qui arrive dans les ondes de plasma, par exemple). Du coup, l'équation de conservation de la charge s'écrit
    « D'avoir rejeté le néant, j'ai découvert le vide» -- Yves Klein

  4. #3
    Heimdall

    Re : Neutralité d'un plasma ?

    Oui, quand on dit qu'un plasma est neutre on parle d'une échelle plus grande que la grandeur caractéristique qu'on appelle "longueur de Debye" L_D

    Il existe donc des "sphères" de rayon L_D à l'extérieur desquelles le potentiel électrique décroit exponentiellement, c'est en quelque sorte un phénomène d'écrantage dynamique où chaque charge est entourée d'une sphère de charge opposées.

  5. #4
    Gpadide

    Re : Neutralité d'un plasma ?

    Mais on a aussi rho non nul dans ces cas la ? Ou seulement la dérivée non nulle et le rho nul ?

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    Coincoin

    Re : Neutralité d'un plasma ?

    Rho est non-nul localement. C'est sa moyenne qui est nulle...
    Encore une victoire de Canard !

  8. #6
    Heimdall

    Re : Neutralité d'un plasma ?

    Citation Envoyé par Gpadide Voir le message
    Mais on a aussi rho non nul dans ces cas la ? Ou seulement la dérivée non nulle et le rho nul ?

    est la densité de charge locale, c'est à dire à une échelle très petite où tu peux voir les électrons et les ions et leur charge.

    Ce que dis la neutralité globale, c'est que sur une échelle vachement plus grande (tu dézoom) tu ne ressent pas de charge car toutes les petite s'annulent en moyenne.

    donc n'est pas nul, mais sa moyenne sur un espace plus grand l'est.

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  10. #7
    ketchupi

    Re : Neutralité d'un plasma ?

    C'est d'ailleurs le critère de définition d'un plasma : les dimensions volumiques doivent être largement supérieures au volume de Debye.

    ++

  11. #8
    mariposa

    Re : Neutralité d'un plasma ?

    Citation Envoyé par ketchupi Voir le message
    C'est d'ailleurs le critère de définition d'un plasma : les dimensions volumiques doivent être largement supérieures au volume de Debye.

    ++
    Pas excatement.

    Si le volume est à peine plus grand que la longueur de Debye il existe une région de charge d'espace et une région électriquement neutre. c'est quand même un plasma. Concretement c'est le cas des techniques de pulvérisation cathodiques industriels ou tout simplement de l'interface metal semi-conducteurs.
    .
    maintenant si la longueurs de Debye est beaucoup plus grande que les dimensions caractéristiques du volume on a encore un plasma mais qui n'est pas neutre.
    .
    En fait ce qui définit un plasma ce sont les propriétés collectives d'un gaz chargés. C'est pourquoi ce qui importe pour définir un plasma c'est la densité électronique et la température électronique

  12. #9
    ketchupi

    Re : Neutralité d'un plasma ?

    Citation Envoyé par mariposa Voir le message
    Pas excatement.

    Si le volume est à peine plus grand que la longueur de Debye il existe une région de charge d'espace et une région électriquement neutre. c'est quand même un plasma. Concretement c'est le cas des techniques de pulvérisation cathodiques industriels ou tout simplement de l'interface metal semi-conducteurs.
    .
    maintenant si la longueurs de Debye est beaucoup plus grande que les dimensions caractéristiques du volume on a encore un plasma mais qui n'est pas neutre.
    [B]
    hum, je regrette, mais par définition un plasma est électriquement neutre. Il est clair maintenant que le terme plasma est utilisé dans n'importe quel gaz pourvu qu'il y ait des charges électriques ! Or ce n'est pas le cas si l'électroneutralité n'est pas respecté ! D'ailleurs, dans les techniques de pulvérisation, les régions en bordure des plasmas, appelées gaines, qui jouent un rôle majeur, ne sont pas électriquement neutre et ne sont pas considérées comme partie intégrante du plasma.


    De plus, ta comparaison avec le ca soù la longueur de Debye est supérieure à la dimension d'étude me laisse perplexe. Si tu étudies un volume compris dans la sphère de debye, a priori, tu étudies un ion ou électron uniquement. Sinon, l'écrantage, si faible soit-il, existe et la longueur de Debye est plus courte que celle définie précédemment.

    ++

  13. #10
    mariposa

    Re : Neutralité d'un plasma ?

    Citation Envoyé par ketchupi Voir le message
    hum, je regrette, mais par définition un plasma est électriquement neutre.
    .
    C'est un problème de convention. Il faut comprendre que la notion de plasma est liée au fait qu'un gaz ïonisé possède des propriétés spécifiques relativement ay gaz neutre. C'est la raison pour laquelle on définit un gaz par sa température électronique et sa densité, neutre ou pas c'est secondaire.

    Il est clair maintenant que le terme plasma est utilisé dans n'importe quel gaz pourvu qu'il y ait des charges électriques !
    .
    Cela a toujours été ainsi.

    Or ce n'est pas le cas si l'électroneutralité n'est pas respecté ! D'ailleurs, dans les techniques de pulvérisation, les régions en bordure des plasmas, appelées gaines, qui jouent un rôle majeur, ne sont pas électriquement neutre et ne sont pas considérées comme partie intégrante du plasma.
    .
    Ce serait une erreur de ne pas considerer la gaine. en effet si le libre parcours moyen est plus petit que la longueur de Debye on a aura un phénomène d'équilibre thermodynamique locale et donc de la physique spécifique.

    De plus, ta comparaison avec le ca soù la longueur de Debye est supérieure à la dimension d'étude me laisse perplexe. Si tu étudies un volume compris dans la sphère de debye, a priori, tu étudies un ion ou électron uniquement. Sinon, l'écrantage, si faible soit-il, existe et la longueur de Debye est plus courte que celle définie précédemment.

    ++
    .
    Et bien non. L'exemple le plus simple est celui de l'injection d'électrons dans un isolant électrique. Tu as un plasma d'électrons chauds qui se thermalisent sur le réseau de vibration. Si tu veux comprendre ce qui se passe tu dois traiter un gaz d'électrons non écrantés.

    Cordialement.

  14. #11
    ketchupi

    Re : Neutralité d'un plasma ?

    Citation Envoyé par mariposa Voir le message
    .
    Cela a toujours été ainsi.
    Sûrement pas ! le terme plasma a été introduit par Langmuir pour désigner des régions ionisées ELECTRIQUEMENT NEUTRES dans la colonne positive d'une décharge ! Si maintenant, le terme est employé abusivement, c'est fort dommage ! Mais c'est incorrect de dire que cela a toujours été ainsi.

    Ce serait une erreur de ne pas considerer la gaine. en effet si le libre parcours moyen est plus petit que la longueur de Debye on a aura un phénomène d'équilibre thermodynamique locale et donc de la physique spécifique.
    Je ne dis pas qu'il ne fait pas considérer la gaine, je dis simplement que dans les gaines, l'écart à la neutralité électrique est trop grand pour qu'on parle proprement de plasma.

    Citation Envoyé par mariposa
    Et bien non. L'exemple le plus simple est celui de l'injection d'électrons dans un isolant électrique. Tu as un plasma d'électrons chauds qui se thermalisent sur le réseau de vibration. Si tu veux comprendre ce qui se passe tu dois traiter un gaz d'électrons non écrantés.
    là encore tu parles de plasma d'électrons ce qui est un abus. De même, c'est un abus de parler de gaz d'électrons (pourtant, il faut bien employer un terme...passons). Si tu injectes un gaz d'électrons dans un isolant, tu étudies un fluide électronique qui n'est certes pas écranté, mais on ne parle pas de plasma dans ce cas. Le concept ici de longueur de Debye ne tient plus. Et puis, rectification : le réseau est thermalisé par les électrons (les électrons "ne se thermalisent pas" sur le réseau, c'est un non sens !)

  15. #12
    mariposa

    Re : Neutralité d'un plasma ?

    [QUOTE=ketchupi;950442]

    là encore tu parles de plasma d'électrons ce qui est un abus.
    .
    Là tu fait fort. Il y a des oscillations de plasmas dans les systèmes gazeux comme dans les solides (ce sont les mêmes formules).Avec la particularité que dans les solides les énergies sont quantifiées et on appelle plasmon les quanta associés.

    De même, c'est un abus de parler de gaz d'électrons (pourtant, il faut bien employer un terme...passons)
    .
    Abus pourquoi?

    Si tu injectes un gaz d'électrons dans un isolant, tu étudies un fluide électronique qui n'est certes pas écranté, mais on ne parle pas de plasma dans ce cas.
    .

    Il est partiellement écranté par la polarisation du réseau.
    Ce n'est pas un fluide électronique car on n'est pas concerné par Naviers-Stokes.


    rectification : le réseau est thermalisé par les électrons (les électrons "ne se thermalisent pas" sur le réseau, c'est un non sens !)
    .
    Non c'est excatement le contraire: Le thermostat c'est le réseau et le plasma d'électron dont la température électronique est beaucoup plus élevée que celle du réseau se refroidit au contact du réseau. Si on relache la contrainte qui excite le plasma (champ électrique, injection, excitation optique etc..) les électrons se relaxe en évacuant leur énergie sur le réseau. Le terme consacré, en physique du solide, pour ce phénomène est électrons chauds. Il doit y avoir une trentaines de monographie qui traitent de ce sujet. J'ai même commencé ma carrière de chercheurs il y a 30 ans sur l'équation de Boltzmann des les électrons chauds dans GaAs.

    Pour en finir avec cette terminologie, ouvre un livre de physique de plasma et tu verras que ce qui caractérise un plasma c'est la température électronique et la densité électronique neutre ou pas, peu importe. La plupart des plasmas sont pratiquement neutre parce qu'il est très diffficile d'avoir un milieu chargé électriquement. En effet il y a toujours des charges qui trainent quelquepart qui viendront écranter les charges sources. pour cette même raison il n'est pas possible d'avoir un trou noir chargé.

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  17. #13
    ketchupi

    Re : Neutralité d'un plasma ?

    Citation Envoyé par mariposa Voir le message
    Là tu fait fort. Il y a des oscillations de plasmas dans les systèmes gazeux comme dans les solides (ce sont les mêmes formules).Avec la particularité que dans les solides les énergies sont quantifiées et on appelle plasmon les quanta associés.
    Là je n'ai pas compris ! Je n'ai jamais dit le contraire ! je dis simplement que l'utilisation du terme plasma dans certains cas est abusif. Le TERME plasma est un terme à l'origine pour traduire un gaz ionisé ELECTRIQUEMENT NEUTRE. C'est tout ce que j'ai dis !

    Citation Envoyé par mariposa
    Il est partiellement écranté par la polarisation du réseau.
    On n'est d'accord, là j'ai commis une erreur.

    Citation Envoyé par mariposa
    Ce n'est pas un fluide électronique car on n'est pas concerné par Naviers-Stokes.
    Rien n'est moins sûr.


    Citation Envoyé par mariposa
    Non c'est excatement le contraire: Le thermostat c'est le réseau et le plasma d'électron dont la température électronique est beaucoup plus élevée que celle du réseau se refroidit au contact du réseau.
    Oui ! Mais tu as précisé : "les électrons se thermalisent". Le terme thermaliser signifie gagner de l'énergie sous forme thermique au contact d'une source. Selon cette terminologie, c'est le réseau qui est thermalisé. Mais ce n'est qu'une question de terminologie, on est d'accord sur ce point je pense.

    Citation Envoyé par mariposa
    Si on relache la contrainte qui excite le plasma (champ électrique, injection, excitation optique etc..) les électrons se relaxe en évacuant leur énergie sur le réseau. Le terme consacré, en physique du solide, pour ce phénomène est électrons chauds. Il doit y avoir une trentaines de monographie qui traitent de ce sujet. J'ai même commencé ma carrière de chercheurs il y a 30 ans sur l'équation de Boltzmann des les électrons chauds dans GaAs.


    Citation Envoyé par mariposa
    Pour en finir avec cette terminologie, ouvre un livre de physique de plasma et tu verras que ce qui caractérise un plasma c'est la température électronique et la densité électronique neutre ou pas, peu importe. La plupart des plasmas sont pratiquement neutre parce qu'il est très diffficile d'avoir un milieu chargé électriquement. En effet il y a toujours des charges qui trainent quelquepart qui viendront écranter les charges sources. pour cette même raison il n'est pas possible d'avoir un trou noir chargé.
    Je trouve curieux de ta part de répondre de la sorte. On dirait que tu me prends de haut. Ce n'est pas parce que je suis en contradiction avec toi qu'il faut le prendre ainsi. C'est fort regrettable. Pour calmer les esprits, il est vrai qu'en ouvrant un livre (Par exemple, prenons le Delcroix et Bers), un plasma est caractérisé par sa densité et température électroniques. Nous sommes d'accord. Maintenant dans n'importe quel bouquin de physique généraliste sur les plasmas, tu t'apercevras que l'équation d'électroneutralité est également présentée en avant plan. Delcroix et Bers précise que le terme plasma était utilisé par Langmuir pour identifier la colonne positive d'une décharge (où l'électroneutralité est vérifiée) et ils disent bien que maintenant le terme plasma est abusivement employée pour désigner tout gaz électriquement chargé.

    De même que Spitzer rajoute que le terme plasma servait théoriquement à caractérisé un état complètement ionisé !!

    En tout cas, cette conversation a permis de remettre en question nos connaissances ! Quel débat !
    Dernière modification par ketchupi ; 30/01/2007 à 09h41.

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