第四态(热学里聚集态指什么)
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2023-10-31
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1. 第四态,热学里聚集态指什么?
热学里聚集态是聚集状态(集态\物态)的简称。也指的是物质分子集合的状态。聚集态是实物存在的形式,常见的有三种,即气态、液态和固态(物质三态)。
通常把等离子体(电离的气体、电离子、电子及未经电离的中性粒子所组成)叫做物质的第四态,把存在于地球内部的超高温、超高压状态叫做物质的第五态。
此外还有超导态和超流态。
2. 太阳表面是等离子态?
谢邀。本题是超现代物理的。研究太阳的物态分布及其运动方式,对于天文物理、高能物理乃至等离子态物理,无疑是至关重要的。
利用光学仪器与光谱分析获得太阳观测数据,太阳动力学还在猜想阶段,比较权威的是太阳吸积盘学说。
读者可以查阅现成文献,笔者不再重复。本身侧重谈等离子体与太阳核心层的看法。
1. 目前较流行的太阳模型,即太阳的内外层的七层物态分布说,具有一定参考价值:①核心区→②辐射层→③对流层→④光球层→⑤色球层→⑥日冕层→⑦太阳风。
太阳的天文学参数,诸如质量M、半径R、密度、表面温度、日冕温度、太阳风速,可暂且作为基本计算依据。
显然,我们可以认为,太阳的辐射层、对流层、光球层、色球层、日冕层与太阳风,都是有不同分布密度的等离子体与场量子(即光量子)构成。
例如,到达地球附近的太阳风速度,其实也可以理解为等离子体气体的运动速度。
2 但是,有以下几个疑难问题:难点1:太阳核心密度高达160t/m³,而密度最大的锇22.6t/m³。白矮星是锇的10⁶倍, 中子星密度10¹³t/m³,脉冲星是10¹⁵t/m³,黑洞密度可超5×10¹⁶t/m³。
思考:超高密度是什么物态?据说是「中子态」。中子半径是多少?若不知,咋有密度呢?中子紧挨着吗?紧挨着,还能动弹吗?
那么160t/m³是什么物态?不久前有科学家说太阳中心是空洞(黑洞),暗示通向高维宇宙么。这是什么逻辑?是科幻?
难点2:在太阳本体的内空间与外空间,最主要的两种等离子体——电子与质子,究竟是怎么产生的?
它俩是太空固有的?还是固有的真空场缩聚而来?质子内部有高能电子吗?为什么夸克不能像电子一样独立存在?为什么中子不能像质子一样独立存在?
难点3:为什么远离太阳光球数百万千米的日冕层,温度反而高达数百万度?而对流层到光球层到色球层的温度只有6000度左右?
难点4:如何合理预测与计算从日冕层到核心层的等离子体的分布密度与活动方式?
曾买南大凝聚态物理学与美国固体物理两个版本研读,觉得其等离子体物理章节有「g因子」等假说缺乏说服力,在此另辟蹊径,提出个人观点分享。
3. 离子态、等离子态的定义与分类等离子态,是可独立存在的物态,是极为重要的基本范畴,其必须弄清它的定义与分类。
离子态(ion state),特指有多余电荷的非原子核束缚态的亚原子,如核衰变释放的α粒子与β粒子。
气相里飘荡的离子有:自由电子、自由质子、α粒子(氦核)。它们大量分布在地球大气层的电离层与地球的辐射带。
液相里游离的离子有:氢离子、锂离子、氢氧根粒子、碳酸根离子等电解质离子。
等离子态(plasma,字面是血浆),特指彼此相距不很远的有一定约束作用的正负电荷相等的带电粒子之存在形式。
搞清等离子态的分类,或者叫不同环境下的存在形式,对于理解与推测太阳内外空间的等离子分部状态,是尤为重要的。
等离子态的分类,可以按它们所在空间的真空场密度为线索来划分,而真空场密度与场温度成正比。初步分类如下:
①极高温等离子体,是质子所含的一对等离子体,是高能正电子与繆核负电子;
②超高温等离子体,是中子衰变释放的一对等离子体,是高能负电子与质子正电子。
③高温等离子体,是氕原子所含的一对等离子体,是核外负电子与核内正电子。
④低温等离子体,是高温等离子体渐渐减速,导致其激发的电磁波渐渐降频红移。
4. 核子内部的【极高温等离子体】这部分内容,与太阳内部的等离子态一样,是鲜为人知的,本节的奥卡姆剃刀是建设性的。
4.1 核子结构的奥卡姆剃刀
在质子内部,有夸克环电子(其实就是高能电子e⁺)、缪电子(μ⁻或e⁻)。在中子内部,有高能负电子(e⁻)与质子(p⁺)。
由于假想的夸克,不能像电子一样独立存在,又有诸多不自洽问题,不够资格作为物态。
不妨用Occam's razor简化:核子内部只有以光速震荡的高能电子与高密度的电磁场介质。
核衰变释放的β电子的初速度是准光速,因此可以假设,核内正电子以光速在震荡。
4.2 质子的定义与本性:
质子,是正负两个电子在超高压场密度环境中聚合的显示正电荷的复合等离子体。
质子的超稳定存在,是因为内含正负电子之间的超强库仑力与高密度场质增效应(m')。
p⁺(1836m₀)→±e(2m₀,½m₀c²)+m'...(1)
质子表现为正电荷,是因为高能正电子(e⁺)以光速绕缪核电子(μ⁻)震荡的边际效应。
电荷的边际效应,很像显性基因占主导地位的遗传效应,而繆核负电子如同隐形基因。
4.3 估算质子内场的高温
可按场量子密度估计,核内正电子以光速震荡,急遽挤压真空场激发极高频光子,并导致真空场的质增效应:质子的质量方程与质增效应方程如下
mₚ(1836m₀)=e⁺(m₀)+e⁻(m₀)+m'...(2)
m'=m₀(rₚ/r)³=1834m₀...(2)
(rₚ/r)³=n,r=rₚ/³√n...(3)
质子本体的实验半径:
rₚ=0.84fm...(4)
质子内场的光子半径:
r=rₚ/³√n=0.84fm÷³√1834
=0.84fm÷12.2=0.07fm
质子内场的光子波长:
λ=2πr=6.28×0.07fm=0.44fm...(5)
质子内场的光子温度:
T=hc/1.5kλ...(6)
=6.63×10⁻³⁴c÷(1.5×1.38×10⁻²³×4.4×10⁻¹⁶)
=2.18×10¹³[K]=21.8万亿开度
4.4 中子的定义与本性:
中子,是氕原子在超高压场密度环境中聚合的有剩余负电子的但不显示电性的非等离子体。
n(1840m₀)→e⁻(m₀)+p⁺(1836m₀)+m'(3m₀)
中子不表现电性,是因为正负两个高能电子都绕缪核电子(μ⁻)以光速震荡的对冲效应。
中子的不稳定性,是因为有过剩的负电荷,遵从泡利不相容原理,有正电子的排斥效应。
中子的受束缚性,是因为原子核的质子正电子与中子负电子有较强的库仑力或弱力作用。
4.5 正负电子的本质区别
显然,我们无法通直接测量电子自旋方向,但可以依据正负电子对撞机的实验原理,按右手螺旋法则,来规定正负电子:
①任何场合的电子都是按逆时针自旋
②把核电荷固有的磁场叫正向磁场⊕B
③把⊕B中北极朝上的电子叫负电子e↑
④把⊙B中北极朝下的电子叫正电子e↓
这个规定,也可以解释安德森云室实验所发现的正电子。换句话说,狄拉克假想的反向自旋的反物质电子是不存在的。正负电子湮灭,也不能充要的证明它俩就是互为反自旋。
由此可得以下的结论:
在原子核内部结构里,只有质子的内部拥有高能正电子与繆核负电子构成的一对等离子体。
等离子体,具有同样的质量、电量与自旋方向,只是二者的南北极取向是相反相成的。
以上这部分内容,是鲜为人知的,但对于等离子态物理学而言,也是不可或缺的。
5. 原子内部的【高温等离子体】此类等离子体,比较简单。我们似乎相信,原子呈中性,其内部的正负电荷是相等的。即:
核外电子电数(ne⁻)≡核电荷数(nZe⁺)
这样,似乎可以说:原子内部的等离子体,就是成对的核外电子与核电荷。
5.1 解释核外电子与核电荷是对等关系
问题是,1个核外电子与1个质子是对等的等离子体,而质子质量是电子质量的1836倍,它俩怎么是对等关系呢?
这需要2.2节提出的【电荷的边际效应】来解释:核电荷(Ze)的有效电荷是具有边际效应的高能正电子(e⁺),与核电荷的其它部分无关。
这就好比,两个原子之间化学反应,只取决于各自外层的价电子有关,而与其它电子无关。
对于多核原子而言,根据最近与最小作用量原理,笔者认为,质子分布在原子核的边际带,而不是被中子裹挟在中心区域。
这样我们可以说,原子内部的等离子体,就是成对的核外电子与高能正电子。
5.2 计算原子内部的光子温度
可以利用电子激发光子的光电效应原理,先求出光子波长,然后在根据热力学第一定律,求出光子温度。
设核外电子的平均速度v=αc=2.2×10⁶m/s,由于电子速度平方对频率极其敏感,可以将光电效应方程
½m₀△v²=h△f...(7)
近似处理为
½m₀v²=hf=hc/λ...(8)
λ=2hc/m₀v²...(9)
=9.0×10⁻⁸[m]=90nm(远紫外线光子)
则可以计算原子内的场介质温度
T=m₀v²/3k...(10)
=9.1×10⁻³¹×4.84×10¹²÷(3×1.38×10⁻²³)
=1.06×10⁴≈1万开。
这与电焊激发8000度的近紫外线是协调的。
6. 中子释放的高温等离子体前文已交代,中子就是一个缩聚的氕原子。中子的核心是质子,被一个具有边际效应的高能负电子包裹着。这里的难点是求中子的半径。
6.1 计算中子的半径
根据中子质量方程与场效应质增方程,
n(1840m₀)=p(1836m₀)+e(m₀)+m'...(11)
m'=m₀(rₙ/r)³=3m₀...(12)
(rₙ/r)³=n,r=rₙ/³√n...(13)
根据中子衰变释放β线粒子的速度几乎为光速,可假设高能负电子的震荡速度就是光速,它的动能由它与质子之间的电磁力提供。
½m₀c²=ke²/r
r=2ke²/m₀c²
=2×9×10⁹×1.6²×10⁻³⁸÷(9.1×10⁻³¹×9×10¹⁶)
=5.63×10⁻¹⁵=5.63fm
r=λ/2π=2hc/2πm₀c²
进而可求中子的半径
rₙ=r·³√n=5.63fm׳√3
=5.63fm×1.44
=8.1fm(大约是质子0.84fm的10倍)
6.2 中子衰变激发的初始光子温度
T=½m₀c²/1.5k
=9.1×10⁻³¹×9×10¹⁶÷(3×1.38×10⁻²³)
=1.98×10⁹[K]≈20亿开
此值,就是中子内场的温度,是原子核衰变刚释放(场氛围尚未膨胀)的等离子体温度。
中子衰变释放等离子体后,场体积急遽膨胀,能密大大降低,温度也要大大降低。
6.3 可见,如果把所有中子凝聚在一起叫中子态,显然是违背物理逻辑的。
中子态,可以看成一个氕原子的缩聚产物,但中子的边际电子(e⁻)之间具有巨大的抗简并压与泡利不相容,理当有较大的场空间。
这个机制,可作为预测太阳核心层物态分布及其温度场梯度的基本依据。
如果相信核心温度为有1500万度,则可按库仑力估算中子边际电子之间的平均间距rₙₙ:
1.5kT=(1/4πε₀)e²/rₙₙ...(14)
rₙₙ=(1/4πε₀)e²/1.5kT...(15)
=9×10⁹×(1.6×10⁻¹⁹)²
÷(1.5×1.38×10⁻²³×1.5×10⁷)
=7.42×10⁻¹⁵[m]=7.42fm
即:在太阳中心巨大引力约束条件下,中子被压缩到间距只有一个中子半径的空隙。
由此,该温度对应的广义中子态密度,考虑面心体堆积空隙为24%,可按下式预算:
ρ=mₙ/(76%(4π/3)(rₙₙ+rₙ)³...(16)
=1.674×10⁻²⁷÷(0.76×4.2×15.2³×10⁻⁴⁵)
=1.46×10¹⁴kg/m³=1.46×10¹¹t/m³
这个密度,可以代表太阳核心层的密度,因为在所有热核反应中,只有中子边际的高能负电子才是参与核裂变与核聚变的关键角色。
可见,太阳核心层占据0.25倍太阳半径或者说密度为160t/m³,显然是不可靠的。因为与相应的1500万度温度不一致。现在,我们可以调整这个核心层的半径。
●吸积盘理论的太阳本体模型是:
【太阳本体】=【对流层+辐射层+核心层】
致命瑕疵:密度160t/m³无法对应1500万超高温度。况且,辐射层本来就含对流粒子。
●笔者的内嵌中子星本体模型是
【太阳本体】=【等离子对流层+内嵌中子星】
假设内嵌中子星的半径为Rₙₙ,等离子对流层的质量占比1%。有
4.2×Rₙₙ³×1.46×10¹⁴=1.98×10³⁰
Rₙₙ=³√(1.98×10³⁰÷4.2÷1.46÷10¹⁴)
=³√(3.23×10¹⁵)
=1.48×10⁵m=148千米
故,等离子对流层的平均密度与电荷间距
ρ₊₋=2×10²⁸÷(4.2×6.958³×10²⁴)
=14.1kg/m³
质子个数密度(=电子个数):
n=14÷(1.67×10⁻²⁷)=8.38×10²⁷/m³
等离子体的间距
2n/V=16.76×10²⁷÷10²⁷nm³
=16.76个/nm³→0.06nm³/个=60×10⁶pm³/个
d=10²pm׳√60=3.9×10⁻¹⁰米。
相当于高温高密度的分子气体态。这样的等离子体结合态,相当于氢气与氦气。
由于受到正负电荷之间的吸引作用,大大降低了电子运动速度,按v=αc=2.2×10⁶m/s,计算等离子体对流层的平均温度
T=m₀v²/3k
=9.1×10⁻³¹×(2.2×10⁶)²÷(3×1.38×10⁻²³)
=1.06×10⁵K≈10万开
等离子对流层的密度,大约是地球附近空气密度的11倍。这部分等离子体的特点是:速度都是准光速(0.1~0.99c)、浓度高,
根据中子态的温度与密度的对应关系简称【温密关系】,我们似乎完全有理由,把太阳核心层看成与太阳质量相应的内嵌中子星。
我们可以把太阳作为基准恒星,就好比把日地距作为基本天文单位,把本星系团326万秒差距做为宇观世界的天文单位一样。
中子星的最大密度,不可突破边际电子抗简并压半径(rₙₙ),进而,把rₙₙ叫内嵌中子态的临界间距,把1500万度作为内嵌中子星的临界温度,把太阳核心层半径作为内嵌中子星的临界半径,即有:
rₙₙ≥7.42fm...(17)
Tₙₙ≤1.5×10⁸K...(18)
Rₙₙ≥148km...(19)
显然,由于内嵌中子态的边际电子,可以认为是【完全均质化】的并以光速游离于所有中子态的高密度场空间。
因为,如果不是均质化,就必然破坏边际电子的抗简并压与泡利不相容原理,尤其是会导致质心密度无穷大的荒谬演绎。
而且,更为重要的是,在内嵌中子态的临界带,电磁辐射的是最高频率的伽玛光子:
fₙₙ=1.5kTₙₙ/h...(20)
=1.5×1.38×10⁻²³×1.5×10⁸÷(6.63×10⁻³⁴)
=4.68×10¹⁸Hz
这个频率,比正负电子湮灭的伽玛光子,约低一个数量级,
f₊₋=½m₀c²/h...(21)
=0.5×9.11×10⁻³¹×9×10¹⁶÷(6.63×10⁻³⁴)
=6.5×10¹⁹Hz
笔者认为,宇宙中的最高频率,应该是质子的彻底毁灭而释放出1834倍的伽玛光子频率,
f*=1834·f₊₋...(22)
=1834×6.5×10¹⁹=1.19×10²³Hz
7. 分析太阳内外等离子体的分布情况本节重点解释核心层、日冕层与太阳风的等离子体所在的分布密度与对应温度。另外,探讨两个超难问题:
①电子与质子两种等离子体究竟如何产生的,并且它们俩又何以汇聚造就了太阳。可参考吸积盘理论,不在话下。
②为什么日冕层远离太阳本体约百万千米,反而有数百万超高温问题。
7.1 目前已有的观测数据有:
▲这张表中所列核心层的参数,显然是不可靠的,应按本文第6.3节调整为临界参数集。
7.2 作为参考,计算氕原子的凝聚态密度
ρʜ¹=1.67×10⁻²⁷÷(4.2×5.3³×10⁻³³)
=2670kg/m³
这显然大大超出太阳的平均密度,这就意味着,太阳从等离子对流层起直到日冕层的密度梯度是比较陡峭的。
7.4 太阳核心层的等离子体分布情况
据6.3节【温度与密度的对应关系】与【边际电子抗简并压】的,回答如下:
其一:由于太阳质量巨大带来的超大约束力,核心层的等离子体均质化分布,处于临界半径为38千米的内嵌中子星状态。
所有的氕原子态被缩聚为中子态,中子间的最小距离7.42费米,也就意味着,内嵌中子星完全是有质子与电子两种等离子体之间的距离统一为7.42费米,全然分别不出中子态。
与此同时,该临界中子态处于热力学动态平衡态,其平衡恒温为1500万度。其临界光子的极限频率为4.68×10¹⁸赫兹。
7.5 等离子对流层的分布情况
太阳,由于超大质量,周围有超强引力场,会不断大量吸积附近的等离子体,导致核心层吸积有超临界质量,进而在边际电子的抗简并压作用下,大量释放等离子体,进入辐射层。
其初始速度可以看成原子核裂变时的释放速度。大致为:β线电子为准光速(v≈c),α线氦核速度为v≈0.1c,质子线为v≈0.3c。
上文第6.3节已经估算了对流层分子气态,密度14.1kg/m³是空气密度1.29kg/m³的11倍。大约在对流层的中部,温度约10万度。
7.6 为什么日冕层的温度高达数百万度?
对流层主要有高密度的气态分子,分子内的约束性等离子体震荡速度大大降低。
但是,还有不少等离子体,由于被内嵌中子星以准光速发射出来,极速穿越对流层,在经历100万千米左右到达日冕层时,速度也会因为大概率发生康普顿散射效应而大大衰减,
假设衰减到v=0.05c=1.5×10⁷米/秒,则其冲压附近的场介质,激发的光温度为:
T=m₀v²/3k
=9.1×10⁻³¹×2.25×10¹⁴÷(3×1.38×10⁻²³)
=4.9×10⁶K=490万开。
这里的难点是:不知道等离子体也会像核外电子一样冲压附近场介质而激发电磁波。尤其执迷于电子跃迁与势阱的驻波理论。
7.7 太阳风的本质是等离子体气流
地球附近太阳风速度为460千米/秒,其实这主要是自由的电子与质子两种离子的速度。
从太阳核心层释放的速度是0.3c~0.99c,而后渐渐减速到对流层外缘,速度降至0.05c为30000千米/秒,历经近1.5亿千米的长途跋涉,速度不断衰减,最后到达地球。
(完)
3. 火的性质有哪几种?
1、火是物质燃烧产生的光和热。必须有可燃物、燃点、助燃气体(不一定是氧气)并存才能生火,三者缺任何一者就不能生火。
2、火是很泛的概念,基本包含两大元素:发光(光子的产生)和产热(如氧化、核反应所致)。在生活中,火可以被认为是物质发生某些变化时的表征。很多物质都能在某些特定的变化或说反应中产生光和热,两者共同构成我们所说的火”。
3、火的可见部分称作焰,可以随着粒子的振动而有不同的形状,在温度足够高时能以等离子体(第四态,类似气体)的形式出现。依燃烧的物质及以纯度不同,火焰的颜色和亮度也会不同。火焰正确地说是一种状态或现象,是可燃物与助燃物发生氧化反应时释放光和热量的现象。
4. 都有哪些关于床第的诗词以及奇闻逸事?
男欢女爱,古来有之,所谓的圣人,脱离不了世俗。表面的正人君子,背地一样贪恋床笫之欢。食色性也,此类诗文流传下来其实很多,由雅及俗,挑挑选几首供大家鉴赏。
丑奴儿(宋.李清照)
晚来一阵风兼雨,洗尽炎光。理罢笙簧,却对菱花淡淡妆。绛绡缕薄冰肌莹,雪腻酥香。笑语檀郎:今夜纱厨枕簟凉。这首词据说是李清照婚后第二天所写,妩媚与性感、渴望与羞涩的新婚少女形象跃然纸上。尤其是最后一句,“笑语檀郎,今夜纱厨枕簟凉”——郎君,今天晚上的竹席可真凉爽。这样的暗示更是风情万种、充满诱惑。
古乐府
托买吴绫束,何须问短长。妾身君抱惯,尺寸细思量。绫束就是bra,妻妾娇嗔相公,天天腻歪在一起,难道还不知道尺寸吗!
菩萨蛮(南唐.李煜)
花明月暗笼轻雾,今宵好向郎边去。刬袜步香阶,手提金缕鞋。画堂南畔见,一向偎人颤。奴为出来难,教君恣意怜。诗句描写的是幽会的紧张刺激。出来一次这么难,郎君一定要恣意怜!
碧玉歌(晋.孙绰)
碧玉破瓜时,相为情颠倒。感郎不羞赧,回身就郎抱。孙绰应晋代汝南王司马义之邀请为其小妾碧玉而作,两人男欢女爱,情意绵长。
醉春风·浅酒人前共 (宋徽宗赵佶)
浅酒人前共,软玉灯边拥。回眸入抱总合情,痛痛痛。轻把郎推。渐闻声颤,微惊红涌。试与更番纵,全没些儿缝,这回风味成颠狂,动动动。臂儿相兜,唇儿相凑,舌儿相弄。据传此词是宋徽宗写给李师师的,这就露骨多了,放今天就是拍腿与拍两个裸体激情深吻,在床上滚来滚去的区别。
《会真诗三十韵》节选(唐.元稹)
戏调初微拒,柔情已暗通。低鬟蝉影动,回步玉尘蒙。转面流花雪,登床抱绮丛。鸳鸯交颈舞,翡翠合欢笼。眉黛羞频聚,朱唇暖更融。气清兰蕊馥,肤润玉肌丰。无力慵移腕,多娇爱敛躬。汗光珠点点,发乱绿松松。方喜千年会,俄闻五夜穷。留连时有限,缱绻意难终。慢脸含愁态,芳词誓素衷。赠环明运合,留结表心同。啼粉流清镜,残灯绕暗虫。华光犹冉冉,旭日渐曈曈。警乘还归洛,吹箫亦上嵩。衣香犹染麝,枕腻尚残红。元稹不亏是风流浪子,“鸳鸯交颈舞”“朱唇暖更融”想象出来那画面了吗?“汗光珠点点,发乱绿松松。”这大概是在兴头上吧,从上床到“意难终”,一气呵成。
赏花时
悄悄吁,低低话;厮抽抒,粘粘掐掐。终是女儿家不惯耍,庞儿不甚挣达。 透轻纱,双乳似白牙。 插入胸前紧紧拿,光油油腻滑。颤巍巍拿罢,至今犹自手儿麻。春夜深沉庭院幽,偷访吹箫鸾凤友。良月过南楼,昨宵许俺,今宵结绸缪。动作幅度配合着缠绵,很刺激,很销魂。脸颊上滑动挑逗的脚也充满了情趣,“娇眼斜回帐底”,惟妙惟肖。
5. 物质的九种形态?
第一种,固体;
第二种,液体;
第三种,气体;
第四种是等离子体;
第五种是夸克-胶子等离子体;
第六种是玻色-爱因斯坦凝聚态;
第七种是超导体;
第八种是超流体;
第九种是简并物质。
6. 火焰是由什么物质组成的?
火焰是一种能量的存在形式,是一些物质剧烈氧化-燃烧所表现出的状态或现象,释放光和热(都是能量的形式),其中的光就具有波粒二像性,所以确切地说只有火焰当中释放的光(包括不可见光,如红外线)具有衍射和直线传播的性质,但要注意的是火焰的光是向空间散射的,所以不能像一束激光一样能直观地看出光的直线传播的性质,但这不能说火焰散发的光不具有直线传播的性质。还有,它是不能收集的。将生猛新鲜的海鲜放入玻璃器皿内,利用点燃高度数的白酒产生的热力致熟的烹调方法。火焰需要氧气来助燃,而消耗的是燃物。
火焰 - 简介
火焰正确地说是一种状态或现象,是可燃物与助燃物发生氧化反应时释放光和热量的现象。
火焰分为焰心、中焰和外焰,火焰温度由内向外依次增高。
火焰并非都是高温等粒子态,在低温下也可以产生火焰。
火焰中心(或起始平面)到火焰外焰边界的范围内是气态可燃物或着是汽化了的可燃物,它们正在和助燃物发生剧烈或比较剧烈的氧化反应。在气态分子结合的过程中释放出不同频率的能量波,因而在介质中发出不同颜色的光。
例如,在空气中刚刚点燃的火柴,其火焰内部就是火柴头上的氯酸钾分解放出的硫,在高温下离解成为气态硫分子,与空气中的氧气分子剧烈反应而放出光。外焰反应剧烈,故温度高。
火焰是能量的梯度场。伴随燃烧的过程,其残留物可以反射可见光,与能量密度无关。
火焰可以理解成混合了气体的固体小颗粒,因为是混合体,单纯的说成固体或者气体都不合理的.因为固体小颗粒跟空气中的氧气起反应(受到高温或者其它的影响),所以可以以光的方式释放能量。
在物质变为气态以后,如果从外界继续得到能量,到一定程度后,它的粒子又可以进一步分裂为带负电的电子和带正电的离子,即原子或分子发生了电离。电离使带电粒子浓度超过一定数量(通常大约需千分之一以上)后,气体的行为虽然仍与平常的流体相似,但中性粒子的作用开始退居到次要地位,带电粒子的作用成为主导的,整个物质表现出一系列新的性质。像这样部分或完全电离的气体,其中自由电子和正离子所带的负、正电荷量相等,而整体又呈电中性,行为受电磁场影响,称为“等离子体”。因为物质的固、液、气态都属于“聚集态”,所以从聚集态的顺序来说,也常常把“等离子态”称为物质的第四态。
等离子体现象并不少见。光彩夺目的霓虹灯,电焊时耀眼的火花,闪电、火焰等,都是等离子体发光现象的表现;地球大气上层的电离层就是等离子体形成的;跟人类关系最密切的太阳也是一个大的等离子体球。在我们的地球上,物质的等离子态算是特殊的,但在整个宇宙中,按质量估计,90%以上的物质处于等离子态,像地球这样“冷”的固体倒是罕见的。
火焰
等离子体服从气体遵循的规律,但与常态气体相比,还有一系列独特的性质。它是电和热的良导体;粒子在无规则的热运动之外还产生某些类型的“集体”运动。等离子体中带电粒子的电磁作用,有时也使等离子体本身像液体一样,在强磁场的作用下,凝集成具有清晰边界的各种形状。因此,在研究等离子体的有关问题时,常把它看成能传导电流、可以流动的连续介质,也就是把它当作导电流体。这种导电流体的行为和运动,可以用磁场加以影响或控制,也称它为“磁流体”。
蜡烛的泪状火焰是热量造成空气流上升所致。空气流在蜡烛火焰周围平稳流动,并将它聚拢成一点。本生灯的火焰形状是由空气流和燃气流共同控制的。如果本生灯在点燃之前,燃气没有同空气混合,灯的火焰就会是紊乱的,看上去像一条黄色的带子在微风中舞动。如果空气事先同燃气混合,那么火焰的温度要高得多,形状也规则得多,是带点蓝色的圆锥形。无论何种方式,火焰的形状同重力有关,尤其是这样一个事实:热空气的密度比冷空气低,因此会向上升。在失重状态下,这种“对流”的效应就不再发挥作用了,火焰的形状更像球形。
火是物质分子分裂后重组到低能分子中分离、碰撞、结合时释放的能量。火内粒子是高速运动的——高温高压就是这个目的。雷击能电离,那么高速碰撞一定也能电离,不然效果不可能一样。可以认为火是电离了的气体——等离子气体。这就就为什么雷殛的尸体都有烧伤的症状。
综上所述,火焰内部其实就是不停被激发而游动的气态分子。它们正在寻找“伙伴”进行反应并放出光和能量。而所放出的光,让我们看到了火焰。
火焰 - 火焰向上的原因
1。热胀冷缩
众所周知,一般物体都会有热胀冷缩的性质。当物体燃烧时,产生大量的热,使其周围空气受热而胀即体积变大。
2。密度
当火焰周围的空气热胀体积变大,随之其密度减小(ρ=m/v当质量不变时,v增大,ρ减小),而热空气周围的冷空气的密度大于热空气的密度。
3。重力
冷空气的密度大于热空气的密度,所以冷空气的受到的重力大于热空气受到的重力(单位体积相比较)。
4。压力
冷空气的受到的重力大于热空气受到的重力,所以热空气就要受到冷空气的挤压即受到冷空气的压力。
5。气体的流动性
当热空气就要受到冷空气的挤压时,由于气体的流动性,所以热空气就要竖直向上运动,而冷空气紧跟着填充热空气的空间。
热空气竖直向上运动,使火焰也随之跟着运动,所以火焰是竖直向上的。
火焰 - 火焰花
火焰
在西双版纳,傣族全民信仰小乘佛教,许多与佛教有关的植物都得到了广泛种植和崇拜,火焰花就是其中一种。
2500多年前,在古印度的西北部,喜马拉雅山脚下(今尼泊尔境内),有一个迦毗罗卫王国。国王净饭王和王后摩诃摩耶结婚多年都没有生育,直到王后45岁时,一天晚上,睡梦中梦见一头白象腾空而来,闯入腹中--王后怀孕了。按当时古印度的风俗,妇女头胎怀孕必须回娘家分娩。摩诃摩耶王后临产前夕,乘坐大象载的轿子回娘家分娩,途径兰毗尼花园时,感到有些旅途疲乏,下轿到花园中休息,当摩诃摩耶王后走到一株葱茏茂盛开满金黄色花的火焰花树下,伸手扶在树干上时,惊动了胎气,在火焰花树下生下了一代圣人--释迦牟尼。所以,西双版纳的每个傣族村寨几乎都建得有寺庙,而几乎每个寺庙周围都种得有火焰花。另外,有些没有生育但想得子女的人家,也常常在房前屋后种植一株火焰花。
火焰花属云实科中等常绿乔木,树型美观,枝叶繁茂,是上等的风景树。虽然火焰花比较细碎,大小如指甲,但一旦开花,则数量众多,常常一串串、一簇簇地直接开在树干上,且金黄鲜艳,美丽异常,可以说是当地人们最喜爱的老茎生花了。
据说,只要坐在无忧花树下,任何人都会忘记所有的烦恼,无忧无愁。
火焰 - 火焰颜色
火焰
决定火焰颜色的因素
(1)一定要看是什么样的可燃物质(2)要达到着火点(3)空气对流好(4)氧气是否充足(5)燃烧时温度的高低(6)吸收什么光,放出什么光(7)还要看具体的需求是什么,共七条。举例如下:燃气灶烧的是石油液化气如果是白光则说明了进入的空气过量,要调节阀门小一些至出蓝色,因为过量空气带走了大量热量,人们是要利用它的热,来煮饭,而不是利用它的光照明,使火焰不能反射光,光线全通过。当发蓝光时,就是氧气量适当,石油液化气充分燃烧,又温度很高,煮饭炒菜易熟,日光中的蓝色被反射出来。又如比较乙烯和乙炔的燃烧更清楚了,乙烯中含碳量没有乙炔多燃烧时反射蓝光。而乙炔燃烧时,赤热游离的碳原子过多光线全通过而发白光,赤热的碳上升出现黑色浓烟。这属化学上研究乙烯、乙炔含有碳量多少的对比实验。再看点煤油灯,不用灯马口,又不用灯的玻璃照时出现黄红光,当用上马口和玻璃照时,调节灯芯高度就会发白光,煤油中的碳氢化合物全部燃烧。这是用来照明,故要求白光。因为日光是七色光(红、橙、黄、绿、青、蓝、紫)的混合为白色。冷空气从马口下方进入从灯照的上方升出,空气对流好,煤油充分燃烧,所以发白光。再讲一个例子,工业上用氢气在氯气中燃烧来制氯化氢气体时是发出苍白色火焰,这才是燃料气充分燃烧的表现。同志收到来函,再补充一点。火焰的颜色是由于电子在核外运动时有不同的能级,各种能级上的能量是一个一个不连续的确定值,在正式常状态下,原子总是处在能量最低的基态,当原子被火焰、电弧、电火花所激发时,核外电子就会吸收能量而被激发跃迁到较高的能级上去,处于激发态的电子不稳定,当它跃回到能量较低的能级时就会放发出具有一定能量、一定波长的光谱线。三种光谱线(焰色、电弧、电火花)强度不同但对同一原子仍是同一谱线。各种元素的特殊焰色就是可见光区的光谱线的颜色。常见可见光是各种不同颜色的混合光即白光。各种颜色的光都对应有一定的波长。,又由于各元素的原子或离子的结构的不同,所放出的光的波长就会不一样,呈现的颜色也就各不相同了!
7. 什么是等离子体简述等离子体的特征分类及主要参数?
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等离子体被称为物质的”第四态“,是一种具有电子,原子,离子或基团的满足准中性条件的电离气体。它是区别与常规的固态,液态,气态的另一种存在。特别是在星际物质当中。在地球上,我们常见的闪电也是等离子体中的一种,是在具有不同电位的云层之间形成气体击穿而产生的火花放电。在地球两极上,因为太阳风暴(高能粒子分)在经过地球两极磁极时,高能粒子轰击空气中的氧气,氮气等气体,使其电离和激发,后沿地磁线运动,并产生多彩的极光,也属于等离子体。
等离子体可以由气体放电产生,也可以使气体不断加热而产生。
按照等离子体的温度不同可分为高温等离子体和低温等离子体。
比如在受控核聚变当中使用托卡马克磁约束产生的高温等离子体,其原理就是利用磁场束缚等离子体并使其不断加热,最终发生氢核聚变反应,并收集起来发电。这其实是模拟太阳上时时刻刻的聚变反应,之所以称为高温,是因为其芯部温度可以达到上亿度。
低温等离子体,比如弧光灯,辉光放电灯,射频放电等离子体刻蚀机等,这些气体放电产生的等离子体温度在几百K到上千K,远低于高温等离子体。
高温和低温虽然是根据温度划分,但是要区别与我们常见事物的温度,不是说低温就是跟室温差不多。
低温等离子体中又可以分为热等离子体和冷等离子体,这是根据等离子体中离子和电子温度是否处于热平衡状态来讨论的。热等离子体说的是电子和离子处于热平衡态,它们各自的温度差不多。比如电弧等离子体焊机所产生的热等离子体,电子温度和离子温度都可达到几千度。
冷等离子体说的是电子温度虽然很高可达到上万度,对,是上万度,然而离子温度却有几百K左右,甚至达到室温。那么我们之所以感觉不到冷等离子体很热,是因为其中只有电子温度很高,离子和原子温度较低,电子由于质量过于微小,能量传递效率极低,因此感觉不到,比如大气压冷等离子体射流放电,被用来皮肤杀毒,它的温度就很低。
那么等离子体根据其他条件还可以分为强电离和弱电离等离子体,强耦合和弱耦合等离子体,根据密度可分为致密等离子体和低密度等离子体。比如星际气体就属于稀薄低密度等离子体,而惯性约束聚变中利用激光打向靶丸产生的致密高温高热等离子体就属于高密度等离子体。
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等离子体中的主要参数包括密度,电子温度,离子温度,德拜半径,电离度。这几个是最终要的参数,那么诊断这些参数的方法有,电探针,磁探针,发射光谱,吸收光谱,激光诱导荧光,质谱发等。
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1. 第四态,热学里聚集态指什么?
热学里聚集态是聚集状态(集态\物态)的简称。也指的是物质分子集合的状态。聚集态是实物存在的形式,常见的有三种,即气态、液态和固态(物质三态)。
通常把等离子体(电离的气体、电离子、电子及未经电离的中性粒子所组成)叫做物质的第四态,把存在于地球内部的超高温、超高压状态叫做物质的第五态。
此外还有超导态和超流态。
2. 太阳表面是等离子态?
谢邀。本题是超现代物理的。研究太阳的物态分布及其运动方式,对于天文物理、高能物理乃至等离子态物理,无疑是至关重要的。
利用光学仪器与光谱分析获得太阳观测数据,太阳动力学还在猜想阶段,比较权威的是太阳吸积盘学说。
读者可以查阅现成文献,笔者不再重复。本身侧重谈等离子体与太阳核心层的看法。
1. 目前较流行的太阳模型,即太阳的内外层的七层物态分布说,具有一定参考价值:①核心区→②辐射层→③对流层→④光球层→⑤色球层→⑥日冕层→⑦太阳风。
太阳的天文学参数,诸如质量M、半径R、密度、表面温度、日冕温度、太阳风速,可暂且作为基本计算依据。
显然,我们可以认为,太阳的辐射层、对流层、光球层、色球层、日冕层与太阳风,都是有不同分布密度的等离子体与场量子(即光量子)构成。
例如,到达地球附近的太阳风速度,其实也可以理解为等离子体气体的运动速度。
2 但是,有以下几个疑难问题:难点1:太阳核心密度高达160t/m³,而密度最大的锇22.6t/m³。白矮星是锇的10⁶倍, 中子星密度10¹³t/m³,脉冲星是10¹⁵t/m³,黑洞密度可超5×10¹⁶t/m³。
思考:超高密度是什么物态?据说是「中子态」。中子半径是多少?若不知,咋有密度呢?中子紧挨着吗?紧挨着,还能动弹吗?
那么160t/m³是什么物态?不久前有科学家说太阳中心是空洞(黑洞),暗示通向高维宇宙么。这是什么逻辑?是科幻?
难点2:在太阳本体的内空间与外空间,最主要的两种等离子体——电子与质子,究竟是怎么产生的?
它俩是太空固有的?还是固有的真空场缩聚而来?质子内部有高能电子吗?为什么夸克不能像电子一样独立存在?为什么中子不能像质子一样独立存在?
难点3:为什么远离太阳光球数百万千米的日冕层,温度反而高达数百万度?而对流层到光球层到色球层的温度只有6000度左右?
难点4:如何合理预测与计算从日冕层到核心层的等离子体的分布密度与活动方式?
曾买南大凝聚态物理学与美国固体物理两个版本研读,觉得其等离子体物理章节有「g因子」等假说缺乏说服力,在此另辟蹊径,提出个人观点分享。
3. 离子态、等离子态的定义与分类等离子态,是可独立存在的物态,是极为重要的基本范畴,其必须弄清它的定义与分类。
离子态(ion state),特指有多余电荷的非原子核束缚态的亚原子,如核衰变释放的α粒子与β粒子。
气相里飘荡的离子有:自由电子、自由质子、α粒子(氦核)。它们大量分布在地球大气层的电离层与地球的辐射带。
液相里游离的离子有:氢离子、锂离子、氢氧根粒子、碳酸根离子等电解质离子。
等离子态(plasma,字面是血浆),特指彼此相距不很远的有一定约束作用的正负电荷相等的带电粒子之存在形式。
搞清等离子态的分类,或者叫不同环境下的存在形式,对于理解与推测太阳内外空间的等离子分部状态,是尤为重要的。
等离子态的分类,可以按它们所在空间的真空场密度为线索来划分,而真空场密度与场温度成正比。初步分类如下:
①极高温等离子体,是质子所含的一对等离子体,是高能正电子与繆核负电子;
②超高温等离子体,是中子衰变释放的一对等离子体,是高能负电子与质子正电子。
③高温等离子体,是氕原子所含的一对等离子体,是核外负电子与核内正电子。
④低温等离子体,是高温等离子体渐渐减速,导致其激发的电磁波渐渐降频红移。
4. 核子内部的【极高温等离子体】这部分内容,与太阳内部的等离子态一样,是鲜为人知的,本节的奥卡姆剃刀是建设性的。
4.1 核子结构的奥卡姆剃刀
在质子内部,有夸克环电子(其实就是高能电子e⁺)、缪电子(μ⁻或e⁻)。在中子内部,有高能负电子(e⁻)与质子(p⁺)。
由于假想的夸克,不能像电子一样独立存在,又有诸多不自洽问题,不够资格作为物态。
不妨用Occam's razor简化:核子内部只有以光速震荡的高能电子与高密度的电磁场介质。
核衰变释放的β电子的初速度是准光速,因此可以假设,核内正电子以光速在震荡。
4.2 质子的定义与本性:
质子,是正负两个电子在超高压场密度环境中聚合的显示正电荷的复合等离子体。
质子的超稳定存在,是因为内含正负电子之间的超强库仑力与高密度场质增效应(m')。
p⁺(1836m₀)→±e(2m₀,½m₀c²)+m'...(1)
质子表现为正电荷,是因为高能正电子(e⁺)以光速绕缪核电子(μ⁻)震荡的边际效应。
电荷的边际效应,很像显性基因占主导地位的遗传效应,而繆核负电子如同隐形基因。
4.3 估算质子内场的高温
可按场量子密度估计,核内正电子以光速震荡,急遽挤压真空场激发极高频光子,并导致真空场的质增效应:质子的质量方程与质增效应方程如下
mₚ(1836m₀)=e⁺(m₀)+e⁻(m₀)+m'...(2)
m'=m₀(rₚ/r)³=1834m₀...(2)
(rₚ/r)³=n,r=rₚ/³√n...(3)
质子本体的实验半径:
rₚ=0.84fm...(4)
质子内场的光子半径:
r=rₚ/³√n=0.84fm÷³√1834
=0.84fm÷12.2=0.07fm
质子内场的光子波长:
λ=2πr=6.28×0.07fm=0.44fm...(5)
质子内场的光子温度:
T=hc/1.5kλ...(6)
=6.63×10⁻³⁴c÷(1.5×1.38×10⁻²³×4.4×10⁻¹⁶)
=2.18×10¹³[K]=21.8万亿开度
4.4 中子的定义与本性:
中子,是氕原子在超高压场密度环境中聚合的有剩余负电子的但不显示电性的非等离子体。
n(1840m₀)→e⁻(m₀)+p⁺(1836m₀)+m'(3m₀)
中子不表现电性,是因为正负两个高能电子都绕缪核电子(μ⁻)以光速震荡的对冲效应。
中子的不稳定性,是因为有过剩的负电荷,遵从泡利不相容原理,有正电子的排斥效应。
中子的受束缚性,是因为原子核的质子正电子与中子负电子有较强的库仑力或弱力作用。
4.5 正负电子的本质区别
显然,我们无法通直接测量电子自旋方向,但可以依据正负电子对撞机的实验原理,按右手螺旋法则,来规定正负电子:
①任何场合的电子都是按逆时针自旋
②把核电荷固有的磁场叫正向磁场⊕B
③把⊕B中北极朝上的电子叫负电子e↑
④把⊙B中北极朝下的电子叫正电子e↓
这个规定,也可以解释安德森云室实验所发现的正电子。换句话说,狄拉克假想的反向自旋的反物质电子是不存在的。正负电子湮灭,也不能充要的证明它俩就是互为反自旋。
由此可得以下的结论:
在原子核内部结构里,只有质子的内部拥有高能正电子与繆核负电子构成的一对等离子体。
等离子体,具有同样的质量、电量与自旋方向,只是二者的南北极取向是相反相成的。
以上这部分内容,是鲜为人知的,但对于等离子态物理学而言,也是不可或缺的。
5. 原子内部的【高温等离子体】此类等离子体,比较简单。我们似乎相信,原子呈中性,其内部的正负电荷是相等的。即:
核外电子电数(ne⁻)≡核电荷数(nZe⁺)
这样,似乎可以说:原子内部的等离子体,就是成对的核外电子与核电荷。
5.1 解释核外电子与核电荷是对等关系
问题是,1个核外电子与1个质子是对等的等离子体,而质子质量是电子质量的1836倍,它俩怎么是对等关系呢?
这需要2.2节提出的【电荷的边际效应】来解释:核电荷(Ze)的有效电荷是具有边际效应的高能正电子(e⁺),与核电荷的其它部分无关。
这就好比,两个原子之间化学反应,只取决于各自外层的价电子有关,而与其它电子无关。
对于多核原子而言,根据最近与最小作用量原理,笔者认为,质子分布在原子核的边际带,而不是被中子裹挟在中心区域。
这样我们可以说,原子内部的等离子体,就是成对的核外电子与高能正电子。
5.2 计算原子内部的光子温度
可以利用电子激发光子的光电效应原理,先求出光子波长,然后在根据热力学第一定律,求出光子温度。
设核外电子的平均速度v=αc=2.2×10⁶m/s,由于电子速度平方对频率极其敏感,可以将光电效应方程
½m₀△v²=h△f...(7)
近似处理为
½m₀v²=hf=hc/λ...(8)
λ=2hc/m₀v²...(9)
=9.0×10⁻⁸[m]=90nm(远紫外线光子)
则可以计算原子内的场介质温度
T=m₀v²/3k...(10)
=9.1×10⁻³¹×4.84×10¹²÷(3×1.38×10⁻²³)
=1.06×10⁴≈1万开。
这与电焊激发8000度的近紫外线是协调的。
6. 中子释放的高温等离子体前文已交代,中子就是一个缩聚的氕原子。中子的核心是质子,被一个具有边际效应的高能负电子包裹着。这里的难点是求中子的半径。
6.1 计算中子的半径
根据中子质量方程与场效应质增方程,
n(1840m₀)=p(1836m₀)+e(m₀)+m'...(11)
m'=m₀(rₙ/r)³=3m₀...(12)
(rₙ/r)³=n,r=rₙ/³√n...(13)
根据中子衰变释放β线粒子的速度几乎为光速,可假设高能负电子的震荡速度就是光速,它的动能由它与质子之间的电磁力提供。
½m₀c²=ke²/r
r=2ke²/m₀c²
=2×9×10⁹×1.6²×10⁻³⁸÷(9.1×10⁻³¹×9×10¹⁶)
=5.63×10⁻¹⁵=5.63fm
r=λ/2π=2hc/2πm₀c²
进而可求中子的半径
rₙ=r·³√n=5.63fm׳√3
=5.63fm×1.44
=8.1fm(大约是质子0.84fm的10倍)
6.2 中子衰变激发的初始光子温度
T=½m₀c²/1.5k
=9.1×10⁻³¹×9×10¹⁶÷(3×1.38×10⁻²³)
=1.98×10⁹[K]≈20亿开
此值,就是中子内场的温度,是原子核衰变刚释放(场氛围尚未膨胀)的等离子体温度。
中子衰变释放等离子体后,场体积急遽膨胀,能密大大降低,温度也要大大降低。
6.3 可见,如果把所有中子凝聚在一起叫中子态,显然是违背物理逻辑的。
中子态,可以看成一个氕原子的缩聚产物,但中子的边际电子(e⁻)之间具有巨大的抗简并压与泡利不相容,理当有较大的场空间。
这个机制,可作为预测太阳核心层物态分布及其温度场梯度的基本依据。
如果相信核心温度为有1500万度,则可按库仑力估算中子边际电子之间的平均间距rₙₙ:
1.5kT=(1/4πε₀)e²/rₙₙ...(14)
rₙₙ=(1/4πε₀)e²/1.5kT...(15)
=9×10⁹×(1.6×10⁻¹⁹)²
÷(1.5×1.38×10⁻²³×1.5×10⁷)
=7.42×10⁻¹⁵[m]=7.42fm
即:在太阳中心巨大引力约束条件下,中子被压缩到间距只有一个中子半径的空隙。
由此,该温度对应的广义中子态密度,考虑面心体堆积空隙为24%,可按下式预算:
ρ=mₙ/(76%(4π/3)(rₙₙ+rₙ)³...(16)
=1.674×10⁻²⁷÷(0.76×4.2×15.2³×10⁻⁴⁵)
=1.46×10¹⁴kg/m³=1.46×10¹¹t/m³
这个密度,可以代表太阳核心层的密度,因为在所有热核反应中,只有中子边际的高能负电子才是参与核裂变与核聚变的关键角色。
可见,太阳核心层占据0.25倍太阳半径或者说密度为160t/m³,显然是不可靠的。因为与相应的1500万度温度不一致。现在,我们可以调整这个核心层的半径。
●吸积盘理论的太阳本体模型是:
【太阳本体】=【对流层+辐射层+核心层】
致命瑕疵:密度160t/m³无法对应1500万超高温度。况且,辐射层本来就含对流粒子。
●笔者的内嵌中子星本体模型是
【太阳本体】=【等离子对流层+内嵌中子星】
假设内嵌中子星的半径为Rₙₙ,等离子对流层的质量占比1%。有
4.2×Rₙₙ³×1.46×10¹⁴=1.98×10³⁰
Rₙₙ=³√(1.98×10³⁰÷4.2÷1.46÷10¹⁴)
=³√(3.23×10¹⁵)
=1.48×10⁵m=148千米
故,等离子对流层的平均密度与电荷间距
ρ₊₋=2×10²⁸÷(4.2×6.958³×10²⁴)
=14.1kg/m³
质子个数密度(=电子个数):
n=14÷(1.67×10⁻²⁷)=8.38×10²⁷/m³
等离子体的间距
2n/V=16.76×10²⁷÷10²⁷nm³
=16.76个/nm³→0.06nm³/个=60×10⁶pm³/个
d=10²pm׳√60=3.9×10⁻¹⁰米。
相当于高温高密度的分子气体态。这样的等离子体结合态,相当于氢气与氦气。
由于受到正负电荷之间的吸引作用,大大降低了电子运动速度,按v=αc=2.2×10⁶m/s,计算等离子体对流层的平均温度
T=m₀v²/3k
=9.1×10⁻³¹×(2.2×10⁶)²÷(3×1.38×10⁻²³)
=1.06×10⁵K≈10万开
等离子对流层的密度,大约是地球附近空气密度的11倍。这部分等离子体的特点是:速度都是准光速(0.1~0.99c)、浓度高,
根据中子态的温度与密度的对应关系简称【温密关系】,我们似乎完全有理由,把太阳核心层看成与太阳质量相应的内嵌中子星。
我们可以把太阳作为基准恒星,就好比把日地距作为基本天文单位,把本星系团326万秒差距做为宇观世界的天文单位一样。
中子星的最大密度,不可突破边际电子抗简并压半径(rₙₙ),进而,把rₙₙ叫内嵌中子态的临界间距,把1500万度作为内嵌中子星的临界温度,把太阳核心层半径作为内嵌中子星的临界半径,即有:
rₙₙ≥7.42fm...(17)
Tₙₙ≤1.5×10⁸K...(18)
Rₙₙ≥148km...(19)
显然,由于内嵌中子态的边际电子,可以认为是【完全均质化】的并以光速游离于所有中子态的高密度场空间。
因为,如果不是均质化,就必然破坏边际电子的抗简并压与泡利不相容原理,尤其是会导致质心密度无穷大的荒谬演绎。
而且,更为重要的是,在内嵌中子态的临界带,电磁辐射的是最高频率的伽玛光子:
fₙₙ=1.5kTₙₙ/h...(20)
=1.5×1.38×10⁻²³×1.5×10⁸÷(6.63×10⁻³⁴)
=4.68×10¹⁸Hz
这个频率,比正负电子湮灭的伽玛光子,约低一个数量级,
f₊₋=½m₀c²/h...(21)
=0.5×9.11×10⁻³¹×9×10¹⁶÷(6.63×10⁻³⁴)
=6.5×10¹⁹Hz
笔者认为,宇宙中的最高频率,应该是质子的彻底毁灭而释放出1834倍的伽玛光子频率,
f*=1834·f₊₋...(22)
=1834×6.5×10¹⁹=1.19×10²³Hz
7. 分析太阳内外等离子体的分布情况本节重点解释核心层、日冕层与太阳风的等离子体所在的分布密度与对应温度。另外,探讨两个超难问题:
①电子与质子两种等离子体究竟如何产生的,并且它们俩又何以汇聚造就了太阳。可参考吸积盘理论,不在话下。
②为什么日冕层远离太阳本体约百万千米,反而有数百万超高温问题。
7.1 目前已有的观测数据有:
▲这张表中所列核心层的参数,显然是不可靠的,应按本文第6.3节调整为临界参数集。
7.2 作为参考,计算氕原子的凝聚态密度
ρʜ¹=1.67×10⁻²⁷÷(4.2×5.3³×10⁻³³)
=2670kg/m³
这显然大大超出太阳的平均密度,这就意味着,太阳从等离子对流层起直到日冕层的密度梯度是比较陡峭的。
7.4 太阳核心层的等离子体分布情况
据6.3节【温度与密度的对应关系】与【边际电子抗简并压】的,回答如下:
其一:由于太阳质量巨大带来的超大约束力,核心层的等离子体均质化分布,处于临界半径为38千米的内嵌中子星状态。
所有的氕原子态被缩聚为中子态,中子间的最小距离7.42费米,也就意味着,内嵌中子星完全是有质子与电子两种等离子体之间的距离统一为7.42费米,全然分别不出中子态。
与此同时,该临界中子态处于热力学动态平衡态,其平衡恒温为1500万度。其临界光子的极限频率为4.68×10¹⁸赫兹。
7.5 等离子对流层的分布情况
太阳,由于超大质量,周围有超强引力场,会不断大量吸积附近的等离子体,导致核心层吸积有超临界质量,进而在边际电子的抗简并压作用下,大量释放等离子体,进入辐射层。
其初始速度可以看成原子核裂变时的释放速度。大致为:β线电子为准光速(v≈c),α线氦核速度为v≈0.1c,质子线为v≈0.3c。
上文第6.3节已经估算了对流层分子气态,密度14.1kg/m³是空气密度1.29kg/m³的11倍。大约在对流层的中部,温度约10万度。
7.6 为什么日冕层的温度高达数百万度?
对流层主要有高密度的气态分子,分子内的约束性等离子体震荡速度大大降低。
但是,还有不少等离子体,由于被内嵌中子星以准光速发射出来,极速穿越对流层,在经历100万千米左右到达日冕层时,速度也会因为大概率发生康普顿散射效应而大大衰减,
假设衰减到v=0.05c=1.5×10⁷米/秒,则其冲压附近的场介质,激发的光温度为:
T=m₀v²/3k
=9.1×10⁻³¹×2.25×10¹⁴÷(3×1.38×10⁻²³)
=4.9×10⁶K=490万开。
这里的难点是:不知道等离子体也会像核外电子一样冲压附近场介质而激发电磁波。尤其执迷于电子跃迁与势阱的驻波理论。
7.7 太阳风的本质是等离子体气流
地球附近太阳风速度为460千米/秒,其实这主要是自由的电子与质子两种离子的速度。
从太阳核心层释放的速度是0.3c~0.99c,而后渐渐减速到对流层外缘,速度降至0.05c为30000千米/秒,历经近1.5亿千米的长途跋涉,速度不断衰减,最后到达地球。
(完)
3. 火的性质有哪几种?
1、火是物质燃烧产生的光和热。必须有可燃物、燃点、助燃气体(不一定是氧气)并存才能生火,三者缺任何一者就不能生火。
2、火是很泛的概念,基本包含两大元素:发光(光子的产生)和产热(如氧化、核反应所致)。在生活中,火可以被认为是物质发生某些变化时的表征。很多物质都能在某些特定的变化或说反应中产生光和热,两者共同构成我们所说的火”。
3、火的可见部分称作焰,可以随着粒子的振动而有不同的形状,在温度足够高时能以等离子体(第四态,类似气体)的形式出现。依燃烧的物质及以纯度不同,火焰的颜色和亮度也会不同。火焰正确地说是一种状态或现象,是可燃物与助燃物发生氧化反应时释放光和热量的现象。
4. 都有哪些关于床第的诗词以及奇闻逸事?
男欢女爱,古来有之,所谓的圣人,脱离不了世俗。表面的正人君子,背地一样贪恋床笫之欢。食色性也,此类诗文流传下来其实很多,由雅及俗,挑挑选几首供大家鉴赏。
丑奴儿(宋.李清照)
晚来一阵风兼雨,洗尽炎光。理罢笙簧,却对菱花淡淡妆。绛绡缕薄冰肌莹,雪腻酥香。笑语檀郎:今夜纱厨枕簟凉。这首词据说是李清照婚后第二天所写,妩媚与性感、渴望与羞涩的新婚少女形象跃然纸上。尤其是最后一句,“笑语檀郎,今夜纱厨枕簟凉”——郎君,今天晚上的竹席可真凉爽。这样的暗示更是风情万种、充满诱惑。
古乐府
托买吴绫束,何须问短长。妾身君抱惯,尺寸细思量。绫束就是bra,妻妾娇嗔相公,天天腻歪在一起,难道还不知道尺寸吗!
菩萨蛮(南唐.李煜)
花明月暗笼轻雾,今宵好向郎边去。刬袜步香阶,手提金缕鞋。画堂南畔见,一向偎人颤。奴为出来难,教君恣意怜。诗句描写的是幽会的紧张刺激。出来一次这么难,郎君一定要恣意怜!
碧玉歌(晋.孙绰)
碧玉破瓜时,相为情颠倒。感郎不羞赧,回身就郎抱。孙绰应晋代汝南王司马义之邀请为其小妾碧玉而作,两人男欢女爱,情意绵长。
醉春风·浅酒人前共 (宋徽宗赵佶)
浅酒人前共,软玉灯边拥。回眸入抱总合情,痛痛痛。轻把郎推。渐闻声颤,微惊红涌。试与更番纵,全没些儿缝,这回风味成颠狂,动动动。臂儿相兜,唇儿相凑,舌儿相弄。据传此词是宋徽宗写给李师师的,这就露骨多了,放今天就是拍腿与拍两个裸体激情深吻,在床上滚来滚去的区别。
《会真诗三十韵》节选(唐.元稹)
戏调初微拒,柔情已暗通。低鬟蝉影动,回步玉尘蒙。转面流花雪,登床抱绮丛。鸳鸯交颈舞,翡翠合欢笼。眉黛羞频聚,朱唇暖更融。气清兰蕊馥,肤润玉肌丰。无力慵移腕,多娇爱敛躬。汗光珠点点,发乱绿松松。方喜千年会,俄闻五夜穷。留连时有限,缱绻意难终。慢脸含愁态,芳词誓素衷。赠环明运合,留结表心同。啼粉流清镜,残灯绕暗虫。华光犹冉冉,旭日渐曈曈。警乘还归洛,吹箫亦上嵩。衣香犹染麝,枕腻尚残红。元稹不亏是风流浪子,“鸳鸯交颈舞”“朱唇暖更融”想象出来那画面了吗?“汗光珠点点,发乱绿松松。”这大概是在兴头上吧,从上床到“意难终”,一气呵成。
赏花时
悄悄吁,低低话;厮抽抒,粘粘掐掐。终是女儿家不惯耍,庞儿不甚挣达。 透轻纱,双乳似白牙。 插入胸前紧紧拿,光油油腻滑。颤巍巍拿罢,至今犹自手儿麻。春夜深沉庭院幽,偷访吹箫鸾凤友。良月过南楼,昨宵许俺,今宵结绸缪。动作幅度配合着缠绵,很刺激,很销魂。脸颊上滑动挑逗的脚也充满了情趣,“娇眼斜回帐底”,惟妙惟肖。
5. 物质的九种形态?
第一种,固体;
第二种,液体;
第三种,气体;
第四种是等离子体;
第五种是夸克-胶子等离子体;
第六种是玻色-爱因斯坦凝聚态;
第七种是超导体;
第八种是超流体;
第九种是简并物质。
6. 火焰是由什么物质组成的?
火焰是一种能量的存在形式,是一些物质剧烈氧化-燃烧所表现出的状态或现象,释放光和热(都是能量的形式),其中的光就具有波粒二像性,所以确切地说只有火焰当中释放的光(包括不可见光,如红外线)具有衍射和直线传播的性质,但要注意的是火焰的光是向空间散射的,所以不能像一束激光一样能直观地看出光的直线传播的性质,但这不能说火焰散发的光不具有直线传播的性质。还有,它是不能收集的。将生猛新鲜的海鲜放入玻璃器皿内,利用点燃高度数的白酒产生的热力致熟的烹调方法。火焰需要氧气来助燃,而消耗的是燃物。
火焰 - 简介
火焰正确地说是一种状态或现象,是可燃物与助燃物发生氧化反应时释放光和热量的现象。
火焰分为焰心、中焰和外焰,火焰温度由内向外依次增高。
火焰并非都是高温等粒子态,在低温下也可以产生火焰。
火焰中心(或起始平面)到火焰外焰边界的范围内是气态可燃物或着是汽化了的可燃物,它们正在和助燃物发生剧烈或比较剧烈的氧化反应。在气态分子结合的过程中释放出不同频率的能量波,因而在介质中发出不同颜色的光。
例如,在空气中刚刚点燃的火柴,其火焰内部就是火柴头上的氯酸钾分解放出的硫,在高温下离解成为气态硫分子,与空气中的氧气分子剧烈反应而放出光。外焰反应剧烈,故温度高。
火焰是能量的梯度场。伴随燃烧的过程,其残留物可以反射可见光,与能量密度无关。
火焰可以理解成混合了气体的固体小颗粒,因为是混合体,单纯的说成固体或者气体都不合理的.因为固体小颗粒跟空气中的氧气起反应(受到高温或者其它的影响),所以可以以光的方式释放能量。
在物质变为气态以后,如果从外界继续得到能量,到一定程度后,它的粒子又可以进一步分裂为带负电的电子和带正电的离子,即原子或分子发生了电离。电离使带电粒子浓度超过一定数量(通常大约需千分之一以上)后,气体的行为虽然仍与平常的流体相似,但中性粒子的作用开始退居到次要地位,带电粒子的作用成为主导的,整个物质表现出一系列新的性质。像这样部分或完全电离的气体,其中自由电子和正离子所带的负、正电荷量相等,而整体又呈电中性,行为受电磁场影响,称为“等离子体”。因为物质的固、液、气态都属于“聚集态”,所以从聚集态的顺序来说,也常常把“等离子态”称为物质的第四态。
等离子体现象并不少见。光彩夺目的霓虹灯,电焊时耀眼的火花,闪电、火焰等,都是等离子体发光现象的表现;地球大气上层的电离层就是等离子体形成的;跟人类关系最密切的太阳也是一个大的等离子体球。在我们的地球上,物质的等离子态算是特殊的,但在整个宇宙中,按质量估计,90%以上的物质处于等离子态,像地球这样“冷”的固体倒是罕见的。
火焰
等离子体服从气体遵循的规律,但与常态气体相比,还有一系列独特的性质。它是电和热的良导体;粒子在无规则的热运动之外还产生某些类型的“集体”运动。等离子体中带电粒子的电磁作用,有时也使等离子体本身像液体一样,在强磁场的作用下,凝集成具有清晰边界的各种形状。因此,在研究等离子体的有关问题时,常把它看成能传导电流、可以流动的连续介质,也就是把它当作导电流体。这种导电流体的行为和运动,可以用磁场加以影响或控制,也称它为“磁流体”。
蜡烛的泪状火焰是热量造成空气流上升所致。空气流在蜡烛火焰周围平稳流动,并将它聚拢成一点。本生灯的火焰形状是由空气流和燃气流共同控制的。如果本生灯在点燃之前,燃气没有同空气混合,灯的火焰就会是紊乱的,看上去像一条黄色的带子在微风中舞动。如果空气事先同燃气混合,那么火焰的温度要高得多,形状也规则得多,是带点蓝色的圆锥形。无论何种方式,火焰的形状同重力有关,尤其是这样一个事实:热空气的密度比冷空气低,因此会向上升。在失重状态下,这种“对流”的效应就不再发挥作用了,火焰的形状更像球形。
火是物质分子分裂后重组到低能分子中分离、碰撞、结合时释放的能量。火内粒子是高速运动的——高温高压就是这个目的。雷击能电离,那么高速碰撞一定也能电离,不然效果不可能一样。可以认为火是电离了的气体——等离子气体。这就就为什么雷殛的尸体都有烧伤的症状。
综上所述,火焰内部其实就是不停被激发而游动的气态分子。它们正在寻找“伙伴”进行反应并放出光和能量。而所放出的光,让我们看到了火焰。
火焰 - 火焰向上的原因
1。热胀冷缩
众所周知,一般物体都会有热胀冷缩的性质。当物体燃烧时,产生大量的热,使其周围空气受热而胀即体积变大。
2。密度
当火焰周围的空气热胀体积变大,随之其密度减小(ρ=m/v当质量不变时,v增大,ρ减小),而热空气周围的冷空气的密度大于热空气的密度。
3。重力
冷空气的密度大于热空气的密度,所以冷空气的受到的重力大于热空气受到的重力(单位体积相比较)。
4。压力
冷空气的受到的重力大于热空气受到的重力,所以热空气就要受到冷空气的挤压即受到冷空气的压力。
5。气体的流动性
当热空气就要受到冷空气的挤压时,由于气体的流动性,所以热空气就要竖直向上运动,而冷空气紧跟着填充热空气的空间。
热空气竖直向上运动,使火焰也随之跟着运动,所以火焰是竖直向上的。
火焰 - 火焰花
火焰
在西双版纳,傣族全民信仰小乘佛教,许多与佛教有关的植物都得到了广泛种植和崇拜,火焰花就是其中一种。
2500多年前,在古印度的西北部,喜马拉雅山脚下(今尼泊尔境内),有一个迦毗罗卫王国。国王净饭王和王后摩诃摩耶结婚多年都没有生育,直到王后45岁时,一天晚上,睡梦中梦见一头白象腾空而来,闯入腹中--王后怀孕了。按当时古印度的风俗,妇女头胎怀孕必须回娘家分娩。摩诃摩耶王后临产前夕,乘坐大象载的轿子回娘家分娩,途径兰毗尼花园时,感到有些旅途疲乏,下轿到花园中休息,当摩诃摩耶王后走到一株葱茏茂盛开满金黄色花的火焰花树下,伸手扶在树干上时,惊动了胎气,在火焰花树下生下了一代圣人--释迦牟尼。所以,西双版纳的每个傣族村寨几乎都建得有寺庙,而几乎每个寺庙周围都种得有火焰花。另外,有些没有生育但想得子女的人家,也常常在房前屋后种植一株火焰花。
火焰花属云实科中等常绿乔木,树型美观,枝叶繁茂,是上等的风景树。虽然火焰花比较细碎,大小如指甲,但一旦开花,则数量众多,常常一串串、一簇簇地直接开在树干上,且金黄鲜艳,美丽异常,可以说是当地人们最喜爱的老茎生花了。
据说,只要坐在无忧花树下,任何人都会忘记所有的烦恼,无忧无愁。
火焰 - 火焰颜色
火焰
决定火焰颜色的因素
(1)一定要看是什么样的可燃物质(2)要达到着火点(3)空气对流好(4)氧气是否充足(5)燃烧时温度的高低(6)吸收什么光,放出什么光(7)还要看具体的需求是什么,共七条。举例如下:燃气灶烧的是石油液化气如果是白光则说明了进入的空气过量,要调节阀门小一些至出蓝色,因为过量空气带走了大量热量,人们是要利用它的热,来煮饭,而不是利用它的光照明,使火焰不能反射光,光线全通过。当发蓝光时,就是氧气量适当,石油液化气充分燃烧,又温度很高,煮饭炒菜易熟,日光中的蓝色被反射出来。又如比较乙烯和乙炔的燃烧更清楚了,乙烯中含碳量没有乙炔多燃烧时反射蓝光。而乙炔燃烧时,赤热游离的碳原子过多光线全通过而发白光,赤热的碳上升出现黑色浓烟。这属化学上研究乙烯、乙炔含有碳量多少的对比实验。再看点煤油灯,不用灯马口,又不用灯的玻璃照时出现黄红光,当用上马口和玻璃照时,调节灯芯高度就会发白光,煤油中的碳氢化合物全部燃烧。这是用来照明,故要求白光。因为日光是七色光(红、橙、黄、绿、青、蓝、紫)的混合为白色。冷空气从马口下方进入从灯照的上方升出,空气对流好,煤油充分燃烧,所以发白光。再讲一个例子,工业上用氢气在氯气中燃烧来制氯化氢气体时是发出苍白色火焰,这才是燃料气充分燃烧的表现。同志收到来函,再补充一点。火焰的颜色是由于电子在核外运动时有不同的能级,各种能级上的能量是一个一个不连续的确定值,在正式常状态下,原子总是处在能量最低的基态,当原子被火焰、电弧、电火花所激发时,核外电子就会吸收能量而被激发跃迁到较高的能级上去,处于激发态的电子不稳定,当它跃回到能量较低的能级时就会放发出具有一定能量、一定波长的光谱线。三种光谱线(焰色、电弧、电火花)强度不同但对同一原子仍是同一谱线。各种元素的特殊焰色就是可见光区的光谱线的颜色。常见可见光是各种不同颜色的混合光即白光。各种颜色的光都对应有一定的波长。,又由于各元素的原子或离子的结构的不同,所放出的光的波长就会不一样,呈现的颜色也就各不相同了!
7. 什么是等离子体简述等离子体的特征分类及主要参数?
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等离子体被称为物质的”第四态“,是一种具有电子,原子,离子或基团的满足准中性条件的电离气体。它是区别与常规的固态,液态,气态的另一种存在。特别是在星际物质当中。在地球上,我们常见的闪电也是等离子体中的一种,是在具有不同电位的云层之间形成气体击穿而产生的火花放电。在地球两极上,因为太阳风暴(高能粒子分)在经过地球两极磁极时,高能粒子轰击空气中的氧气,氮气等气体,使其电离和激发,后沿地磁线运动,并产生多彩的极光,也属于等离子体。
等离子体可以由气体放电产生,也可以使气体不断加热而产生。
按照等离子体的温度不同可分为高温等离子体和低温等离子体。
比如在受控核聚变当中使用托卡马克磁约束产生的高温等离子体,其原理就是利用磁场束缚等离子体并使其不断加热,最终发生氢核聚变反应,并收集起来发电。这其实是模拟太阳上时时刻刻的聚变反应,之所以称为高温,是因为其芯部温度可以达到上亿度。
低温等离子体,比如弧光灯,辉光放电灯,射频放电等离子体刻蚀机等,这些气体放电产生的等离子体温度在几百K到上千K,远低于高温等离子体。
高温和低温虽然是根据温度划分,但是要区别与我们常见事物的温度,不是说低温就是跟室温差不多。
低温等离子体中又可以分为热等离子体和冷等离子体,这是根据等离子体中离子和电子温度是否处于热平衡状态来讨论的。热等离子体说的是电子和离子处于热平衡态,它们各自的温度差不多。比如电弧等离子体焊机所产生的热等离子体,电子温度和离子温度都可达到几千度。
冷等离子体说的是电子温度虽然很高可达到上万度,对,是上万度,然而离子温度却有几百K左右,甚至达到室温。那么我们之所以感觉不到冷等离子体很热,是因为其中只有电子温度很高,离子和原子温度较低,电子由于质量过于微小,能量传递效率极低,因此感觉不到,比如大气压冷等离子体射流放电,被用来皮肤杀毒,它的温度就很低。
那么等离子体根据其他条件还可以分为强电离和弱电离等离子体,强耦合和弱耦合等离子体,根据密度可分为致密等离子体和低密度等离子体。比如星际气体就属于稀薄低密度等离子体,而惯性约束聚变中利用激光打向靶丸产生的致密高温高热等离子体就属于高密度等离子体。
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等离子体中的主要参数包括密度,电子温度,离子温度,德拜半径,电离度。这几个是最终要的参数,那么诊断这些参数的方法有,电探针,磁探针,发射光谱,吸收光谱,激光诱导荧光,质谱发等。
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