等離子清洗機產(chǎn)生的等離子體溫度如何判斷高低?
經(jīng)常都會(huì )有朋友咨詢(xún)等離子清洗機的等離子體溫度問(wèn)題,主要原因是擔心等離子清洗機在處理產(chǎn)品或工件時(shí),因等離子體溫度過(guò)高損傷材料表面。其實(shí)啊,大家感受到的是等離子體的氣體溫度Tg,而等離子體溫度應該包括以下內容:
從宏觀(guān)角度來(lái)看,溫度是物體冷熱的程度,而從微觀(guān)角度,溫度是粒子運動(dòng)的量度,溫度越高粒子平均動(dòng)能越大,反之亦然。等離子體中常直接用粒子的平均能量來(lái)表征溫度,當一個(gè)電子(荷電量為1.6×10-19庫侖)在電場(chǎng)中通過(guò)電位差為1伏特區間時(shí),電子從電場(chǎng)中獲得的能量為W=1eV,1eV=1.6×10-19庫侖×1伏特=1.6022×10-19焦耳,1eV對應的溫度是11600K(開(kāi)氏溫度;開(kāi)爾文)。
等離子主要是通過(guò)粒子間碰撞來(lái)相互傳遞能量,達到熱力學(xué)平衡,但各類(lèi)粒子之間碰撞幾率是不相等的,因而傳遞能量也是不相等的。一般同類(lèi)粒子之間碰撞幾率比較大,能量傳遞有效,容易通過(guò)碰撞達到平衡狀態(tài),它們各自服從麥克斯韋分布具有各自熱力學(xué)平衡溫度,如電子-電子碰撞達到熱力學(xué)平衡具有一定的溫度Te,叫電子溫度。離子-離子碰撞達到熱力學(xué)平衡具有一定溫度Ti,叫離子溫度,但電子和離子之間由于兩者質(zhì)量相差懸殊,雖然也發(fā)生碰撞,但并不一定能達到平衡,所以Te和Ti不一定相同。
若放電是在接近于大氣壓的高氣壓條件下進(jìn)行,那么電子、離子、中性粒子會(huì )通過(guò)激烈碰撞而充分交換動(dòng)能,從而使等離子體達到熱平衡狀態(tài)。
若電子、離子、中性粒子(中性氣體)的溫度分別為T(mén)e,Ti,Tn,我們把這三種粒子的溫度近似相等(Te≈ Ti ≈ Tn)的熱平衡等離子體,稱(chēng)為熱等離子體(thermal plasma),在實(shí)際的熱等離子體發(fā)生裝置中,陰極和陽(yáng)極間的電弧放電作用使得
流入的工作氣體發(fā)生電離,輸出的等離子體呈噴射狀,可用作等離子體射流(常壓射流等離子體plasma jet)、等離子體噴焰(plasma torch)等。
另一個(gè)方面,幾百帕以下的低氣壓等離子體常常處于非熱平衡狀態(tài),電子在與離子或中性粒子的碰撞過(guò)程中幾乎不損失能量,所以有Te>>Ti,Ti>>Tn。我們把這樣的等離子體稱(chēng)為低溫等離子體(冷等離子體cold plasma)。低溫等離子體是工業(yè)應用中應用廣泛的等離子體,常見(jiàn)的就有真空(低壓)等離子清洗機。