Plasma froid continu chargé

[christophej]

bonjour,

J'aimerai savoir s'il est possible de maintenir un plasma à température ambiante sous certaines conditions.
Si j'ai bien compris, on peut obtenir un plasma froid dans une "boule à plasma" en exposant le gaz à une haute tension alternative à haute fréquence.
Mon idée serai de maintenir le gaz à l'état de plasma dans le temps.
Le problème, si j'ai bien compris, vient de ce que les atomes de gaz une fois ionisées, vont capturer les électrons qui passent à proximité, pour reformer des atomes neutres, d'où la nécessité de les re-ioniser en permanence.

Imaginons une capsule de verre comportant une électrode, remplie d'un gaz.
L'idée serait de maintenir un potentiel élevé à la borne de l'électrode, de façon à obtenir un déficit d'électrons à l'intérieur de la capsule.
On peut alors exposer la capsule à un champ électrique alternatif intense pour ioniser les atomes.
L'idée serait que les électrons, au lieu de se recombiner aux atomes, soient évacués par l'électrode, du fait de son potentiel élevé permanent.
De sorte qu'une fois le champ alternatif coupé, les atomes restent ionisé, ne pouvant plus se recombiner aux électrons du faite de leur manque dans la capsule.

Je ne sais pas si mon raisonnement se tiens, en espérant avoir été clair.
Sinon n'hésitez pas à me demander,

Christophe
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[XK150]

Bonjour ,
Je relève au moins une incohérence dans votre système :

" UNE électrode a un potentiel élevé " , cela n'a aucun sens physique : élevé par rapport à quoi ? Où est le potentiel zéro relatif ?

[phys4]

L'idée serait que les électrons, au lieu de se recombiner aux atomes, soient évacués par l'électrode, du fait de son potentiel élevé permanent.
De sorte qu'une fois le champ alternatif coupé, les atomes restent ionisé, ne pouvant plus se recombiner aux électrons du faite de leur manque dans la capsule.

Bonjour, Vous ne pouvez pas évacuer tous les électrons d'un gaz, car la charge serait trop forte, ni maintenir le plasma froid longtemps sans évacuer la chaleur, froid au départ, il va chauffer très vite par ionisation.

[christophej]

Le potentiel est relatif à la masse (positif donc déficit d'électrons sur l'électrode).

Bonjour, Vous ne pouvez pas évacuer tous les électrons d'un gaz, car la charge serait trop forte, ni maintenir le plasma froid longtemps sans évacuer la chaleur, froid au départ, il va chauffer très vite par ionisation.

Je ne cherche pas à évacuer tous les électrons, juste un par atome.
Je ne vois pas d'où proviendrai la chaleur. Une fois ionisé, il n'y a plus d'apport d'énergie.

[A voir en vidéo sur Futura]

[phys4]

Je ne cherche pas à évacuer tous les électrons, juste un par atome.
Je ne vois pas d'où proviendrai la chaleur. Une fois ionisé, il n'y a plus d'apport d'énergie.

Un électron par atome c'est une charge beaucoup trop importante.
Les atomes se recombinent rapidement, il faut recommencer l'ionisation en permanence comme dans un tube fluo.

[christophej]

Bonjour,

Un électron par atome c'est une charge beaucoup trop importante.
Les atomes se recombinent rapidement, il faut recommencer l'ionisation en permanence comme dans un tube fluo.

L'idée était justement d'empêcher les atomes de se recombiner.
Après une brève impulsion électrique autour de la capsule, les atome de gaz se trouvent ionisés, c.a.d il leurs manque un ou plusieurs électrons.
Normalement ces électrons après s'être promenés dans la capsule, devraient à nouveau rencontrer un atome de gaz pour s'y accrocher, ce qui devrait le rendre neutre à nouveau.
Mais l'idée ici est que la capsule comporte une électrode chargée positivement, donc sur laquelle manque des électrons.
Lors de l'ionisation, certains électrons vont être attiré par cette électrode (du fait de sa charge).
Ces électrons vont être évacué vers la terre.
Par conséquent il va manquer des électrons dans la capsule.
Et de se fait, tous les atomes ne pourrons plus récupérer leur électron manquant et une partie du gaz restera ionisé en permanence (la capsule étant composée d'un matériau isolant).
Je ne vois pas d'erreur dans le raisonnement, mais je n'ai jamais entendu parler d'une telle expérience.

[phys4]

Lors de l'ionisation, certains électrons vont être attiré par cette électrode (du fait de sa charge).
Ces électrons vont être évacué vers la terre.
Par conséquent il va manquer des électrons dans la capsule.
Et de se fait, tous les atomes ne pourrons plus récupérer leur électron manquant et une partie du gaz restera ionisé en permanence (la capsule étant composée d'un matériau isolant).

Les ions positifs vont être attirés par l'électrode opposée, je suppose que celle-ci devra être isolée sous une couche de verre; L'isolant se comportera comme un condensateur chargé. Les ions ne resteront pas libres, ils vont se coller sur l'isolant, donc pas de plasma en volume. Souvenez vous de la sphère creuse : elle est toujours vide de charges, car les charges libres se mettent sur le bord.
Pour avoir un plasma en volume, qui a le comportement d'un plasma, il faut donc un équilibre de charges à l'intérieur du volume.

[christophej]

Les ions positifs vont être attirés par l'électrode opposée, je suppose que celle-ci devra être isolée sous une couche de verre;

L'électrode opposée serait un piquet planté dans la terre.
On peut voir le dispositif comme une ampoule en verre munie d'une électrode et remplie de gaz, par exemple de l'argon.
Le but de l'électrode est de permettre d'évacuer des électrons de l'intérieur de l'ampoule vers l'extérieur, car je n'ai pas trouvé d'autre moyen de le faire. Ensuite, elle n'a plus aucune utilité.
On peut alors couper le fil de cette électrode et placer l'ampoule sur un support isolant.
L'ampoule restera donc électriquement chargée et il manquera toujours des électrons à l'intérieur?

Les ions ne resteront pas libres, ils vont se coller sur l'isolant, donc pas de plasma en volume. Souvenez vous de la sphère creuse : elle est toujours vide de charges, car les charges libres se mettent sur le bord.

Oui, je n'y avais pas pensé.
Admettons que les atomes de gaz se collent sur la paroi et forment une couche. Les atomes ionisés excédentaires qui viendraient vers cette couche ne devraient-t-ils pas êtres repoussés entre-eux du fait qu'ils aient la même charge?

[phys4]

On peut voir le dispositif comme une ampoule en verre munie d'une électrode et remplie de gaz, par exemple de l'argon.
Le but de l'électrode est de permettre d'évacuer des électrons de l'intérieur de l'ampoule vers l'extérieur, car je n'ai pas trouvé d'autre moyen de le faire. Ensuite, elle n'a plus aucune utilité.
On peut alors couper le fil de cette électrode et placer l'ampoule sur un support isolant.
L'ampoule restera donc électriquement chargée et il manquera toujours des électrons à l'intérieur?

Si vous mettez une seule électrode, il ne passera rien, une différence de potentiel doit toujours être entre deux électrodes, le champ qui permet de tirer les électrons doit exister entre deux conducteurs !
Avec une seule électrode il n'y a pas de champ. A la limite l'électrode peut être la main qui tient l'ampoule de verre.
Les charges libres se colleront toujours sur le bord, car le champ répulsif de la couche est compensé vers l'intérieur par les charges d'en face.

[christophej]

Bonjour,

Je voyais le champ entre entre la terre et l'électrode, mais la terre pourrait aussi bien être remplacée par une feuille d'aluminium placée à l'extérieur du coté opposé de l'ampoule, qui constituerait alors la seconde électrode.

L'important est de pouvoir se représenter ce qui se passe à l'intérieur de l'ampoule si on parvient à évacuer une partie des électrons qui s'y trouvent.

Peu importe la manière dont on y parvient.
On pourrait aussi bien imaginer une ampoule fermée, contenant un gaz d'argon auquel on aurait pu enlevé un électron à chaque atome à l'aide d'un aspirateur magique.

Vous pensez donc que c'est la totalité du gaz qui va se coller à la paroi. Ce que j'ai du mal à me représenter intuitivement.
J'aurais plutôt imaginé que quelques atomes après avoir percuté la paroi, y prélèvent un électron, redevenant neutre et rendant la paroi chargée positivement. Celle-ci repousserait alors les autres atomes de gaz également chargés positivement de même qu'ils se repousseraient entre-eux et on aurait un gaz ionisé en permanence à froids.

J'avoue que j'ai du mal à comprendre "la répulsion par les charges d'en face". vous voulez parlez des charges extérieures? La force de répulsion ne devrait-elle pas décroître selon le carré de la distance, donc devenir rapidement négligeable?

[phys4]

J'avoue que j'ai du mal à comprendre "la répulsion par les charges d'en face". vous voulez parlez des charges extérieures? La force de répulsion ne devrait-elle pas décroître selon le carré de la distance, donc devenir rapidement négligeable?

Les charges en face sont des charges positives sur la paroi opposé. la décroissance st compensée par la quantité de charges dans un angle solide donné. C'est ici que l'on peut démontrer que dans une sphère chargée uniformément, le champ interne est nul.
Il est vrai que si les ions peuvent prendre une charge à la paroi, ils redeviendront neutres, et vous aurez alors un gaz neutre dans une ampoule de verre chargée positivement. Ce ne sera pas un plasma, car les charges seront sur le verre.

[christophej]

Donc si je vous suis, la paroi extérieure de l'ampoule va attirer des électrons de l'extérieur pour rééquilibrer la charge globale. Je pensais qu'en raison de la propriété isolante de l'air, je pourrais maintenir l'ampoule chargée, du moins un certain temps.

Donc si je veux maintenir l'ampoule chargée, je devrais réaliser la même expérience dans l'espace. Ainsi l'ampoule resterait indéfiniment chargée.

Il faudrait aussi répéter l'opération consistant à retirer un électron à chaque atome de gaz, jusqu'à ce qu'ils ne puissent plus en récupérer sur la paroi.

On devrait ainsi obtenir un plasma froid permanent?