demande expliquation sur plasma/gaz ionisé

[invite4aaa7617]

bonjour
je voudrais savoir qu'est ce que c'est du gaz ionisé?
j'ai cherché sur google et sur le forum , j'ai vaguement compris que c'était du gaz constitué d'éléctron libre, de cation etc
pouvez vous m'en dire plus?
merci
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[invite6d8e4836]

Bonjour,

Un exemple (simplifié, dans la pratique on fait mieux mais ça marche...)

Si l'on dispose de l'oxygène dans une enceinte et que l'on envoie une onde radiofréquence (fournie un magnétron de four micro-onde), l'onde va exciter les atomes et séparer électrons et noyaux (au moins 1 ou quelques électrons du cortège). On obtient ainsi un gaz constitué d'ions positifs (les atomes privé de quelques électrons) et d'électrons. C'est un plasma, qui a évidemment pas mal de propriétés électromagnétiques.
Un plasma est donc un état de la matière où les atomes sont ionisés. C'est un peu "au delà" de la phase gazeuse.

On peut faire des plasmas de n'importe quoi, y compris avec des atomes métalliques (on les vaporise avec un four et on les place dans un gaz dit "support"). Dans l'industrie, on utilise des torches à plasma (température 8000 degrés).

Les couches supérieures de l'atmosphère (l'ionosphère) sont un plasma.

C'est une réponse un peu rapide. On pourra y revenir.

Amicalement

JM

[invitee033fdb1]

Bien expliqué J-M, mais où vont les électrons éjectés du cortège électronique... deviennent-ils tout simplement des e- isolés avant d'être recapturés par un atome?

Condensat_B-E

[deep_turtle]

où vont les électrons éjectés du cortège électronique... deviennent-ils tout simplement des e- isolés avant d'être recapturés par un atome?

Oui en général mais pas tout le temps. Il y a aussi formation d'un plasma quand la température devient plus élevée que l'énergie de liaison des électrons dans les atomes. Dans ce cas les électrons qui sont arrachés du cortège électronique on trop d'énergie pour y revenir. C'est le cas par exemple dans les atmosphères d'étoiles.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite6d8e4836]

Bonjour,

En réponse à Condensat_BE et pour aller plus loin:

Dans ce que l'on appelle une source d'ions (ce qui permettra par exemple de fournir le faisceau d'ions plomb du LHC), on confine le plasma dans une sorte de bouteille magnétique (un champ magnétique tridimensionnel de forme bien précise) tout en continuant l'excitation radiofréquence. Comme il a été dit, la température est suffisamment élevée pour qu'il n'y ait pas recombinaison, et on a un mélange permanent ions/électrons. On confine suffisamment longtemps pour atteindre des états de charge suffisamment élevés et l'on extrait les ions par un procédé électrostatique.

amicalement

JM

[invite4aaa7617]

merci de l'expliquation
mais je voudrais savoir: si je veux fabriquer du plasma : si j'ai bien compris, je place deux électrodes entre les quel, je fai passer une fréquence éléve (micro'ondes ) et le gaz entrecelles ci se transforme en plasma ?(si j'ai bien compris) mai comment calculer l'intensité (=> puissance) ?
autre chose: supposons que je créer mon plasma . je le place dans un champ magnétique créer grace a un bobinage par exemple, les atomes ionisé et les électrons ne vont pas être attirés du même cotés non? => si le chalmp et fort, il pourrait propulser les électrons ou atomes et créer ainsi un Rayon plasma?
Que la force soit avec nous

[invite6d8e4836]

Bonjour,

C'est plus compliqué. Je me cantonne aux sources d'ions
Pour exciter le plasma, il faut amener une microonde. Cela se fait par un guide d'onde que l'on couple à une cavité, et pas avec des électrodes.
Pour confiner (stabiliser) le plasma, il faut un champ magnétique un peu compliqué également, qui remonte aux bouts pour la partie longitudinale. On a aussi, au moins dans pas mal de sources d'ions, une composante de champ magnétique transversale hexapolaire (à 6 pôles).
Le champ magnétique permet de stabiliser le plasma dans la source. On extrait avec un champ électrique.
Il est nécessaire de stabiliser (confiner) le plasma si l'on veut arriver à l'ioniser.
Il est vrai qu'un bon bricoleur peut faire une telle source avec un four microondes (je connaissais une personne comme cela, aujourd'hui retraitée).
Il faut toutefois ne pas manipuler ce type d'appareillage si l'on n'est pas expert. Il y a des hautes tensions (risques d'électrocution) et des microondes (brûlures) etc...

Amicalement

JM

[invite4aaa7617]

question: les arce électriques sont t'ils du plasma?

[invitee6be5b6d]

Bonjour

Oui, les arcs électriques "sont" du plasma, c'est le déplacement des ions et des électrons qui engendre alors le courant entre les deux électrodes

P.

[invite6d8e4836]

Bonjour

Je peux avoir été ambigu et induire en erreur. Je me cantonnais à la question "électrodes et micro-ondes". On peut bien sûr faire un plasma par décharge entre électrodes. Par contre, si on veut une excitation microonde, il ne s'agit plus d'électrodes mais de couplage à une cavité.

Amicalement
JM

[invitef7177163]

Bonjour,

bonjour
je voudrais savoir qu'est ce que c'est du gaz ionisé?

Je reprend la questions a son etape initiale.
Comme il l'a ete dit dans les different messages, un plasma est en regle general un gas ionise, c'est a dire compose d'ions (positifs et negatifs), d'electrons, et de particules neutres (atomes et ou molecules). Il y a deux ecoles qui s'affrontent sur la definition precise de plasma. Certains considerent les plasmas etant formes uniquement d'ions et d'electrons (sans neutres), comme on le trouve dans l'atmosphere interne des etoiles. D'autres etendent ce concept a tout gas ionise, donc contenant aussi des neutres.

Mon point de vue penche pour la deuxieme opinion, car historiquement c'est Irving Langmuir qui le premier utilisa le terme plasma pour designer la colonne positive de decharges electriques en regime quasistatiques dans des gas sous basse pression. Donc historiquement le terme "Plasma" a ete relate a un milieu faiblement ionise (il s'agissait de gas rares, ou mois de 1% des atomes sont ionises, avec des densite de porteurs de charge de l'ordre de 10E16 par m3).

La famille des plasma est tres larges est comportes differentes branches qui repertorient different degres de temperatures des especes, de nature de couplages entres les particules chargees, de densitee, pression, mechanismes de recombinaison electron-ions etc ect.. On peut noter ces differentes cathegories:

- les plasmas froids, ou hors equilibre thermodynamique, communement nomme gas ionises. Cela englobe les decharges electrique sous faible pression, des decharges transientes breves ou RF a plus forte pression (certaines etincelles, pinches, lueures RF a pression atmospherique) ou la temperature des electrons est generalement beaucoups plus elevee que celle des neutres ou ions. Dans ces cas la, le degres d'ionisation est faible (1% ou moins) pour les decharges a faible pression (tubes fluos, lampes neon, reacteur de deposition RF etc...), ou plus eleve dans le cas des etincelles et pinches ou la tres forte temperature electronique (jusqu'a 40-50 eV) arrache plusieurs electrons aux atomes.

- Les plasmas en regime intermediaire, generalement en ce qui concerne les arcs a pression comprise entre 100mBar et 1Bar. Dans ce cas les electrons et les neutre et lourds ont une temperature a peut pres identique au centre de l'arc, mais divergent fortement hors axe. On se refere souvent a des plasma en equilibre thermodynamique partiel et/ou local. Ce cas concerne les lampes a arc a pression moyenne et les torches a plasma de faible puissance.

- Les plasmas thermique, generalement de 1bar a plus, ou les temperatures sont plus elevees de meme que le degre d'ionisation. Cela concerne entre autre les torches et arcs de tres forte puissance et/ou forte pression, ou la temperature (unique) peut atteindre les 50000 degres. La forte densite en electrons et ions assurent une tres forte frequence de collision entre les differentes especes au point ou l'equilibre thermodynamique est presque atteint au centre de l'arc, et est de ce fait presque optiquement epais. D'ailleur ces plasmas presentent un fort rayonnement continu dans leurs spectres.

- Les plasma thermonucleaires, du type de ceux present au centre des etoiles, dans les tokamaks/spheromaks/stellerateur etc, les bombes (thermo)nucleaires, et les plasma de fusions par laser (confinement). Les conditions y sont tellement extremes que le degres d'ionisation avoisine les 100%, et les ions ne contiennent quasiment plus d'electrons lies.

Bien sur, cette liste est tres loin d'etre exhaustive et il existe une pelletee de cas particuliers.
De meme, les methodes pour creer un plasma sont multiples. Pour en citer qq une, il y a les reactions chimique (flammes), thermique, par champ electrique continu, (ou/et magnetique) alternatif, radio-frequence, microonde, optique, par onde de choc. Ces methodes peuvent etre combinees, souvent avec un champ magnetique qui en faisant spiraler les electron accroissent le nombre de collisions ionisantes avec les atomes, ou permettent une resonance de type cyclotron entre la periode de giration des charges et le champs electromagnetique excitateur.
Bref, toutes ces methodes seraient trops longues a detailler, mais par exemple une simple cigarette alumee dans un four a micro-onde donne naissance a un plasma thermique en boule. Mais comme le dit J_M, il faut faire extremement gaffe avec ces outils et en plus cela risque de flinguer le magnetron du fait du changement d'impedance de la cavite du four du a la presence du plasma. Donc je ne recommende surtout pas de le faire.

Si tu veut faire du plasma a tout prix, il n'y a pas besoin de guide d'onde ou de champ magnetique. La plus simple est de mettre deux electrodes dans une enceinte sous basse pression (faire attention aux risques d'implosion de bouteilles en verre). En appliquant une haute tension a ces electrodes on acceleres les electrons libres (naturellement present du a la radioactivite et au rayonnement cosmique), qui vont acquerir de l'energie pour ioniser les neutres et creer un plasma suite a une avalanche electronique.
Il faut certe de l'equipement. Pour la pompe, une pompe a piston de frigo fait parfaitement l'affaire. Pour le transformateur, on en trouve sur les bruleurs a gas et a fuel de chauffage centrale. Donc une visite a la casse du coin peut fournir ce dont on a besoin.
En ce qui concerne l'obtention d'un canal de plasma, il existe une experience simple: on perce des electrodes plates avec des trous fins (1mm). De l'arriere de la cathode vont emerger des ions, et de l'anode ce sont des electrons qui vont etre propulses. Si l'alimentation est alternative, alors ces faiseaux de particules seront des melanges alternatif des deux especes, dont le raport dependra surtout de la masse moleculaire des neutres et de leur mobilite (Celle des electrons etant beaucpus plus elevee) - en d'autre terme, de la pression. Le mieux est que cette derniere soit la plus faible possible a la limites des capacites de la pompe pour une grande extension des faisceaux de particules.
A partir de la, il a plein d'experiences a faire, comme separer les especes selon la charge et la masse avec un aimant (un spectro de masse en sorte), ou plus pousse, la mesure de la vitesse des neutres dans le faisceaux en fonction de la tension entre les electrode, grace a l'effet Doppler etc etc....

De meme, en faisant varier la pression, et l'espacement des electrodes on observera different regimes de decharge, ainsi que la contraction du canal ionise a mesure que la pression est augmentee... Aussi, la couleur changera du fait du changement d'energie et de la cinetique d'excitation entre les electrons et les neutres

A++

Max

[invite4aaa7617]

waou, ca c'est de la réponse. merci
par contre, c'est quoi les "neutres" ?

[invitef7177163]

Les "neutres" sont les "particules" de charge globelement neutres: les atomes et les molecules.

A++

Max

[gatsu]

en effet, super la reponse!!!!bravo Max

[invitef7177163]

euhh, de rien.

En ce qui concerne Langmuir, il me semble que c'est dans les annees 1920 qu'il a en premier utilise le terme "Plasma". Ce mot a une racine grecque qui signifie en gros "prendre la forme - etre malleable", et a motive Langmuir dans ce sens car il observa que le gas ionise en question remplissait tout le volume entre les electrodes, quelque soit la forme de l'enceinte de confinement. Les tubes neons publicitaires en forment un tres bon exemple.

A+

Max

[invite070c425f]

J'avais regardé hier soir dans le petit Robert étymologique;
Il donne 1836, un médecin allemand (Schultz, un nom de ce genre) pour le plasma sanguin.
Racine effectivement plasm ou plast.
Ceci conduit également aux plastiques, aux arts plastiques, et même au plâtre, emplâtre, etc, qui découlent du sens de "modeler" (donner une forme). Ces derniers champs lexicaux découlent de l'évolution naturelle de la langue, par opposition aux "recréations" savantes (telles, justement, que plasma).

Dans la foulée du néologisme du médecin allemand du 19ème, par extension, plasma peut s'appliquer à des liquides et à des gaz, d'après le Robert.
Amitiés.
Félix