实验十 气体放电中等离子体的研究剖析
《气体放电中等离子体的研究》报告
气体放电中等离子体的研究姓名＿＿＿＿＿学号＿＿＿＿＿院系＿＿＿＿＿气体放电中等离子体的研究一引言等离子体是由大量的自由电子和离子组成，在整体上表现为近似电中性的电离气体。
由于等离子体有着许多独特的物理和化学性质，它已广泛应用于能源、航空、表面处理及垃圾焚烧等领域。
准确测量等离子体的参数，是各领域研究及应用的关键环节。
在众多等离子体测量手段中，郎缪尔探针法被认为是最简便的一种方法。
郎缪尔探针法由伸入等离子体内的导体作为探针向它施加电压，通过测定探针电流得到电流-电压（I-V）特性曲线，从而求得等离子体的参数。
本文主要介绍了探针法的工作原理，利用探针法测量等离子体的一些主要参量，并通过实验分析了影响实验结果的各种因素。
二实验原理1 等离子体定义及其物理特性等离子体是一种由等量正负电荷离子和中性粒子组成的电离气体，其中正负电荷密度相等，整体上呈现电中性。
等离子体可分为等温等离子体和不等温等离子体，一般气体放电产生的等离子体属不等温等离子体。
描述等离子体的一些主要参量有电子温度Ｔe、带电粒子密度、轴向电场强度ＥL、电子平均动能Ｅe、空间电位分布等。
2 气体放电原理气体放电可以采用多种能量激励形式，如直流、微波、射频等能量形式。
其中直流放电因为结构简单、成本低而受到广泛应用。
直流放电形成辉光等离子体的典型结构如图1所示。
图1 气体放电管工作原理图图2辉光放电的唯相结构示意图3 稀薄气体产生的辉光放电本实验研究的是辉光放电等离子体。
辉光放电是气体导电的一种形态。
当放电管内的压强保持在1０-1０2Pａ时，在两电极上加高电压，就能观察到管内有放电现象。
辉光分为明暗相间的8个区域，在管内两个电极间的光强、电位和场强分布如图2所示。
正辉区是我们感兴趣的等离子区。
其特征是：气体高度电离；电场强度很小，且沿轴向有恒定值。
这使得其中带电粒子的无规则热运动胜过它们的定向运动。
所以它们基本上遵从麦克斯韦速度分布律。
由其具体分布可得到一个相应的温度，即电子温度。
气体放电等离子体特性实验
实验七气体放电等离子体特性实验当温度在0ºC会变成水，而温度上升到100ºC时，水会沸腾变成水蒸气，这就是我们熟知的物质三态（固态、液态和气态）。
而当温度升到几千度时，气态物质由于分子热运动剧烈，物质分子相互间的碰撞会使气体分子发生电离，在电离过程中正离子和电子总是成对出现，这样气态物质就变成由相互作用的正离子和电子组成的物质的第四态－等离子体。
由于在等离子体中正离子和电子总数大致相等，因此等离子体在宏观上保持电中性。
所以等离子体实质上是密度大致相等的带正电荷的离子和带负电荷的电子组成的电离气体。
因为等离子体有着许多独特的性能，如温度高、粒子动能大，化学性质活泼等，因此广泛应用于能源、物质与材料和环境等领域中。
【实验目的】本实验的目的是观察气体放电现象，用探极法测量等离子体物理参量。
学习掌握真空溅射镀膜的知识、方法。
【实验原理】1.等离子区的产生气体原来是不导电的绝缘介质，当我们把它密封在一个长的圆柱形玻璃放电管中，在放电管的阴极和阳极间加上直流高压（管的气体压强几十帕），在所加高压达到某一个电压值时，放电管被明亮发光的等离子体充满，即放电管发生辉光放电，整个放电空间为明暗相间的八个光层所分割，如图1，其中⑥即为等离子区。
图1①阿斯屯暗区由于电子刚从阴极发出，能量很小，不能使气体分子产生电离和激发，因此不能发光，所以是暗区，这是一个极薄的区域。
②阴极辉区电子通过阿斯屯暗区的加速，具有较大的动能，当这些电子遇到气体分子发生碰撞时，使气体分子激发发光。
③阴极暗区电子经前二区域，绝大部分电子没有和气体分子碰撞，因此在这区域内的电子具有很大的能量，产生很强的电离。
而电子较轻，受电场力作用后跑掉，留下大量正离子，使得这里具有很高的正离子浓度，形成极强的正电荷空间，造成电场的严重畸变，结果绝大部分管压都集中在这一区域和阴极之间。
在这样强的电场作用下，正离子以很大的动能打向阴极产生显著的二次电子过程，而电子又以很大的加速度离开阳极，向前运动产生雪崩过程。
气体放电等离子体实验报告
气体放电等离子体实验报告气体放电等离子体实验报告引言：气体放电等离子体实验是一项重要的物理实验，通过对气体放电现象的研究，可以深入了解等离子体的性质和行为。
本实验旨在通过观察和分析气体放电等离子体的特性，揭示等离子体的基本原理和应用。
实验目的：1. 研究气体放电的基本特性，如放电现象、放电形态等；2. 探索气体放电等离子体的性质，如等离子体的密度、温度等；3. 分析气体放电等离子体的应用领域，如等离子体在光谱分析、材料处理等方面的应用。
实验材料和装置：1. 气体放电实验装置：包括气体放电管、高压电源、电流表、电压表等；2. 气体：常见的气体有氢气、氦气、氮气等；3. 实验记录仪器：如摄像机、数据采集器等。
实验步骤：1. 准备实验装置，并确保安全；2. 连接高压电源和气体放电管，调节电压和电流；3. 打开电源，观察气体放电管内的放电现象；4. 记录放电的形态、颜色、亮度等特征；5. 测量放电管两端的电压和电流，并记录数据；6. 调节电压和电流，观察放电现象的变化；7. 使用摄像机或数据采集器记录实验过程；8. 分析实验数据，得出结论。
实验结果与分析：经过实验观察和数据分析，我们发现不同气体在不同电压和电流条件下，产生了不同的放电形态和颜色。
例如，在低压条件下，氢气放电呈现出红色的辐射，而在高压条件下，氢气放电呈现出紫色的辐射。
这是因为不同气体的原子结构和能级分布不同，导致其放电现象也不同。
通过实验数据的分析，我们还可以计算出等离子体的密度和温度。
根据普朗克公式和玻尔兹曼关系，我们可以利用放电管两端的电压和电流数据，推导出等离子体的密度和温度。
这对于等离子体物理学的研究具有重要意义。
实验应用：气体放电等离子体在许多领域都有广泛的应用。
例如，在光谱分析中，气体放电等离子体可以用于分析物质的成分和结构。
通过观察等离子体在不同波长下的辐射光谱，可以确定样品中的元素和化合物。
此外，气体放电等离子体还可以应用于材料处理。
气体放电等离子体实验报告
气体放电等离子体实验报告气体放电等离子体实验报告引言：气体放电等离子体实验是一项重要的实验，通过在气体中施加电场，使气体分子电离并形成等离子体。
这一实验具有广泛的应用领域，如等离子体物理、光谱学、材料科学等。
本报告将详细介绍气体放电等离子体实验的过程、实验装置和实验结果。
实验过程：1. 实验准备首先，我们准备了实验所需的材料和设备，包括气体放电管、电源、电压表、电流表等。
然后，我们对实验装置进行了检查和调试，确保其正常工作。
2. 实验操作将气体放电管连接到电源上，并设置合适的电压和电流。
然后，通过调节电压和电流的大小，控制气体放电管中的等离子体形成和维持。
3. 数据记录在实验过程中，我们记录了气体放电管中的电压和电流变化情况，并观察了等离子体的形态和颜色变化。
同时，我们还测量了等离子体的温度、密度等参数。
实验装置：实验装置主要包括气体放电管、电源、电压表、电流表和数据记录设备。
1. 气体放电管气体放电管是实验中最关键的部分，它由玻璃管和两个电极组成。
玻璃管内充满了待研究的气体，如氢气、氮气等。
电极通过电源提供电场，使气体分子电离并形成等离子体。
2. 电源电源是为气体放电管提供电场的设备，它可以提供不同电压和电流的输出。
通过调节电源的输出参数，可以控制等离子体的形成和维持。
3. 电压表和电流表电压表和电流表用于测量气体放电管中的电压和电流。
通过监测电压和电流的变化，可以了解等离子体的形成和消失过程。
4. 数据记录设备数据记录设备用于记录实验过程中的各种参数，如电压、电流、等离子体的形态和颜色等。
通过对这些数据的分析，可以得出实验结果并进行进一步的研究。
实验结果：在实验过程中，我们观察到了气体放电管中的等离子体形态和颜色的变化。
随着电压和电流的增加，等离子体的亮度和密度逐渐增加。
同时，等离子体的颜色也发生了变化，从无色逐渐变为蓝色、紫色等。
我们还测量了等离子体的温度和密度，发现随着电压和电流的增加，等离子体的温度和密度也随之增加。
气体放电中等离子体的研究剖析
气体放电中等离子体的研究剖析气体放电等离子体是指气体中发生放电现象的状态，其中电子被激发或离开原子而形成的电离态称为等离子体。
气体放电等离子体在物理、化学、材料科学等领域具有广泛的应用，如气体放电放电器件、等离子体化学反应、等离子体刻蚀等。
气体放电等离子体的研究主要涉及其形成机制、物理特性以及相应的应用。
首先，气体放电等离子体的形成机制可以通过电子碰撞、电离辐射、感应耦合等方式实现。
当气体分子受到能量输入时，其分子结构会发生改变，电子被激发或离开原子，形成带正电荷的离子和带负电荷的电子，从而形成等离子体。
不同放电方式下，等离子体的形成机制有所不同，需要通过实验和理论模拟方法进行研究。
其次，气体放电等离子体的物理特性与等离子体中的电子和离子的动力学行为密切相关。
在强电场的作用下，电子受到加速，与气体分子碰撞产生电子能量损失和电离过程，导致等离子体的发光和放电现象。
不同气体的放电特性也有所不同，气体放电等离子体可以呈现出不同的色彩和辐射特性，如辉光放电、正离子束等。
通过对等离子体的物理特性的研究，可以了解等离子体的动态演化过程和能量传输机制，为应用研究提供理论和实验依据。
最后，气体放电等离子体的应用广泛，包括能源、环境、光电等领域。
在能源领域，气体放电等离子体可以用于气体分子的激发和电离，促进高能粒子的合成和加速，从而用于核聚变、等离子体激光和粒子加速器等研究。
在环境领域，气体放电等离子体可以通过电子能量损失和电离过程产生活性物种，从而用于大气中污染物的降解和消除。
在光电领域，气体放电等离子体可以用于光源、显示器和光电器件等的制造和改进。
综上所述，气体放电等离子体的研究对了解其形成机制、物理特性以及应用具有重要意义。
通过对等离子体的研究，可以深入理解等离子体的动态行为和能量传输机制，并可以广泛应用于能源、环境、光电等领域中。
未来的研究需要进一步深入，结合实验和理论模拟方法，对气体放电等离子体的形成机制、动力学行为和应用进行深入研究，以推动相关领域的发展和创新。
等离子体放电现象的研究
等离子体放电现象的研究等离子体放电是一种重要的物理现象，它在自然界和科学实验室中广泛存在，并引起了科学家们的浓厚兴趣。
本文将探讨等离子体放电的研究进展，介绍等离子体的基本概念和特性，并探索其在不同领域的应用。
1. 等离子体的基本概念等离子体是一种由正、负带电粒子以及中性粒子组成的物质状态。
在常规的物质状态中，原子或分子是电中性的，但在高能量条件下，原子或分子可以从电中性态过渡到带电态，形成等离子体。
等离子体具有诸多特性，如高温、高导电性和等离子体波动等。
在地球的自然环境中，闪电就是一种常见的等离子体放电现象。
2. 等离子体放电现象的研究进展随着科学技术的不断发展，人们对等离子体放电现象的研究也不断取得突破。
在实验室中，科学家们使用高能电磁场、激光束等手段来产生等离子体，并对其进行详细的研究。
他们发现，等离子体放电现象不仅存在于极端的条件下，如高温等离子体中心，还存在于普通物质的局部区域，如气体放电、间歇放电等。
这些发现为探索等离子体放电现象的机理和性质提供了重要的实验依据。
3. 等离子体放电现象的应用等离子体放电现象不仅具有科学研究的意义，还具有广泛的应用价值。
一方面，在能源领域，等离子体放电常用于核聚变反应、等离子体加热等研究中，对于实现清洁能源的开发和利用具有重要意义。
另一方面，在材料加工领域，等离子体放电广泛应用于材料表面改性、涂层沉积等工艺中，提高了材料的性能和质量。
此外，等离子体放电还在医学、环境保护和通信等领域发挥着重要作用。
总结等离子体放电现象是一种值得深入研究的重要物理现象。
通过对等离子体的研究和应用，我们可以了解自然界中的各种现象，进一步拓展科学的边界，并为人类社会的发展带来积极的影响。
值得期待的是，随着科学技术的进一步发展，等离子体放电现象的研究将在更多领域展开，给人类带来更多的惊喜和进步。
等离子体放电实验报告
等离子体放电实验报告《等离子体放电实验报告》摘要：本实验旨在探究等离子体放电的特性和规律。
通过在实验室中建立等离子体放电装置，观察等离子体放电的过程和现象，分析实验数据，得出了等离子体放电的规律和特性。
实验结果表明，等离子体放电是一种高能物质释放的现象，具有较强的热量和光谱特性，对于研究等离子体物理和应用具有一定的参考价值。
引言：等离子体是一种由带电粒子和中性粒子组成的物质状态，具有高能量和高温度的特性。
等离子体放电是指在一定条件下，等离子体发生放电现象，释放出能量和光谱。
本实验旨在通过建立等离子体放电装置，观察等离子体放电的过程和现象，探究其规律和特性。
实验装置和方法：本实验采用了等离子体放电装置，包括真空室、高压电源、等离子体激发源等。
首先，将真空室抽成一定的真空度，然后加入适量的气体，通过高压电源加电，形成等离子体放电。
在等离子体放电的过程中，使用光谱仪和热像仪对等离子体放电的光谱和热量进行观测和记录。
实验结果和分析：实验结果显示，等离子体放电过程中释放出大量的能量，产生强烈的光谱和热量。
通过光谱仪观测到了等离子体放电的光谱特性，发现了特定波长的光线，表明等离子体放电产生了特定的能级跃迁。
同时，热像仪观测到了等离子体放电的高温现象，显示出了等离子体放电的高能量特性。
结论：通过本实验，我们得出了等离子体放电的特性和规律。
等离子体放电是一种高能物质释放的现象，具有较强的热量和光谱特性。
这对于研究等离子体物理和应用具有一定的参考价值。
同时，本实验也为进一步研究等离子体放电提供了一定的实验基础和数据支持。
高效放电等离子体的实验研究
高效放电等离子体的实验研究等离子体是一种高度电离的气体体系，具有许多独特的性质。
等离子体的应用广泛涉及空间探测、工业材料加工、环境污染处理、医学治疗等多个领域。
因此，发展高效等离子体放电技术具有重要的意义。
本文将介绍当前高效等离子体放电的实验研究进展。
实验装置高效等离子体放电实验之前需要准备好实验装置。
通常使用的实验装置包括高压电源、气体注入系统、反应室和控制系统等几个部分。
其中，反应室是整个实验装置的关键部位，反应室的大小、形状、材料等都会对等离子体的产生和维持产生影响。
实验过程在实验过程中，首先将气体注入到反应室中，在一定的电场作用下，气体被电离形成等离子体。
其中，等离子体的密度和温度是衡量等离子体性质的主要指标。
因此，实验过程中需要通过控制电场和气体注入速度等因素来调节等离子体的密度和温度。
实验研究进展目前，高效等离子体放电的实验研究主要集中在以下几个方面。
高温等离子体发生器高温等离子体发生器可以通过直接放电或微波放电等方式生成高温等离子体，其产生的等离子体温度可以达到数千度。
高温等离子体发生器可用于超声波清洗、材料表面改性和医疗设备消毒等多个领域。
微波等离子体放电微波等离子体放电是近年来受到广泛关注的一种等离子体发生方式。
相比于其他发生方式，微波等离子体放电具有能耗低、等离子体密度高等优势。
目前，微波等离子体放电已被应用于废气处理、光谱分析和等离子体陶瓷等领域。
低温等离子体放电低温等离子体放电是近年来的研究热点之一。
与高温等离子体不同，低温等离子体放电产生的等离子体温度通常在300K以下，其特点包括等离子体密度高、化学活性强等。
低温等离子体放电可应用于材料表面改性、废水处理和食品加工等领域。
结语高效等离子体放电技术的发展将对社会产生深远的影响。
与此同时，高效等离子体放电的实验研究也在不断地推进。
在未来的研究中，我们将继续探索高效等离子体放电的基础理论和应用价值，推动高效等离子体放电技术的快速发展。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
云南大学物理实验教学中心实验报告课程名称：普通物理实验实验项目：实验十气体放电中等离子体的研究学生姓名：马晓娇学号：20131050137 物理科学技术学院物理系 2013 级天文菁英班专业指导老师：何俊试验时间：2015 年 10 月 16 日 12 时 00 分至 2 时 00 分实验地点：物理科学技术学院实验类型：教学 (演示□验证□综合□设计□) 学生科研□课外开放□测试□其它□一、引言随着温度的不断升高,构成气体分子的原子将发生分裂,形成为独立的原子,如氮分子(2N )会分裂成两个氮原子(N),这种过程被称为气体分子的离解.如果再就能一步升高温度,原子中的电子就会从原子中剥离出来,成为带正电荷的原子核和带负电荷的电子,这个过程称为原子的电离.当这种电离过程频繁发生,使电子和离子的浓度达到一定的数值时,物质的状态也就起了根本变化,它的性质也就变得与气体完全不同.为区别于固体/液体和气体这三种状态,我们称物质的这种状态为物质的第四态,又起名等离子体.电离出的自由电子总的负电离与正离子总的正电量相等.等离子体宏观上称电中性.等离子体是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质,它呈现出高度激发的不稳定态,其中包括离子/原子/电子和分子.等离子体是宇宙中常见的物质,在太阳/恒星/闪电中都存在等离子体,它占整个宇宙的99%.实验中对等离子体的研究是从放电开始的.朗缪尔和汤克斯首先引入”等离子体”这个名称.近年来等离子体物理的发展为材料/能源/信息/环境空间,物理空间/地球物理等科学的进一步发展提供了新的技术和工艺.二、实验目的1. 了解气体放电中等离子体的特性;2.用等离子体诊断技术测定等离子体的一些基本参量三、实验原理（一）等离子体及物理特性等离子体定义为包含大量正负带电粒子、而又不出现净空间电荷的电离气体；在等离子体中，带电粒子之间的库仑力是长程力，库仑力的作用效果远远超过带电粒子可能发生的局部短程碰撞效果，等离子体中的带电粒子运动时，能引起正电荷或负电荷局部集中，产生电场；电荷定向运动引起电流，产生磁场。
等离子体有一系列不同于普通气体的特性：（1）高度电离，是电和热的良导体，具有比普通气体大几百倍的比热容。
（2）带正电的和带负电的粒子密度几乎相等。
（3）宏观上是电中性的。
（二）等离子体的主要参量（1）电子温度e T 。
它是等离子体的一个主要参量，因为在等离子体中电子碰撞电离是主要的，而电子碰撞电离与电子的能量有直接关系，即与电子温度相关联。
（2）带电粒子密度。
电子密度为e n ，正离子密度为i n ，在等离子体中e i n n 。
N。
表征为维持等离子体的存在所需的能量。
（3）轴向电场强度LE。
（4）电子平均动能e（5）空间电位分布。
（三）稀薄气体产生的辉光放电本实验研究的是辉光放电等离子体。
辉光放电是气体导电的一种形态。
当放电管内的压强保持在10～102Pa时，在两电极上加高电压，就能观察到管内有放电现象。
辉光分为明暗相间的8个区域，在管内两个电极间的光强、电位和场强分布如图1所示。
8个区域的名称为（1）阿斯顿区，（2）阴极辉区，（3）阴极暗区，（4）负辉区，（5）法拉第暗区，（6）正辉区，（7）阳极暗区，（8）阳极辉区。
其中正辉区是等离子区。
（四）等离子体诊断测试等离子体的方法被称为诊断。
等离子体诊断有探针法，霍尔效应法，微波法，光谱法等。
本次实验中采用探针法。
探针法分单探针法和双探针法。
（1）单探针法。
探针是封入等离子体中的一个小的金属电极（其形状可以是平板形、圆柱形、球形）。
以放电管的阳极或阴极作为参考点，改变探针电位，测出相应的探针电流，得到探针电流与其电位之间的关系，即探针伏安特性曲线，如图2所示。
对此曲线的解释为：图1 图2 在ＡＢ段，探针的负电位很大，电子受负电位的排斥，而速度很慢的正离子被吸向探针，在探针周围形成正离子构成的空间电荷层，它把探针电场屏蔽起来。
等离子区中的正离子只能靠热运动穿过鞘层抵达探针，形成探针电流，所以ＡＢ段为正离子流，这个电流很小。
过了Ｂ点，随着探针负电位减小，电场对电子的拒斥作用减弱，使一些快速电子能够克服电场拒斥作用，抵达探极，这些电子形成的电流抵消了部分正离子流，使探针电流逐渐下降，所以ＢＣ段为正离子流加电子流。
到了Ｃ点，电子流刚好等于正离子流，互相抵消，使探针电流为零。
此时探针电位就是悬浮电位ＵF 。
继续减小探极电位绝对值，到达探极电子数比正离子数多得多，探极电流转为正向，并且迅速增大，所以ＣＤ段为电子流加离子流，以电子流为主。
当探极电位ＵP 和等离子体的空间电位ＵS 相等时，正离子鞘消失，全部电子都能到达探极，这对应于曲线上的Ｄ点。
此后电流达到饱和。
如果ＵP 进一步升高，探极周围的气体也被电离，使探极电流又迅速增大，甚至烧毁探针。
由单探针法得到的伏安特性曲线，可求得等离子体的一些主要参量。
对于曲线的ＣＤ段，由于电子受到减速电位(ＵP-ＵS)的作用，只有能量比ｅ(ＵP-ＵS)大的那部分电子能够到达探针。
假定等离子区内电子的速度服从麦克斯韦分布，则减速电场中靠近探针表面处的电子密度ｎe ，按玻耳兹曼分布应为⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=e s p e kT U U e n n )(exp 0 (1) 式中ｎo 为等离子区中的电子密度，Ｔe 为等离子区中的电子温度，ｋ为玻耳兹曼常数。
在电子平均速度为ve 时，在单位时间内落到表面积为Ｓ的探针上的电子数为：(2)将(1)式代入(2)式得探针上的电子电流：(3)其中 (4)对(3)式取对数(5) 其中常数=-e s o kT eU I ln故常数+=e pkT eU I ln (6)可见电子电流的对数和探针电位呈线性关系。
图3 图4作半对数曲线，如图3所示，由直线部分的斜率tg φ，可决定电子温度Te ：(7)若取以10为底的对数，则常数11600应改为5040。
电子平均动能Ｅe 和平均速度ve 分别为： kT E e 23= (8)e ee m kT v π8= (9)式中ｍe 为电子质量。
由(4)式可求得等离子区中的电子密度：ee o e o e kT m eS I v eS I n π24==(10)式中I0为ＵP ＝Ｕｓ时的电子电流，Ｓ为探针裸露在等离子区中的表面面积。
（2）双探针法。
双探针法是在放电管中装两根探针，相隔一段距离L 。
双探针法的伏安特性曲线如图4所示。
在坐标原点，如果两根探针之间没有电位差，它们各自得到的电流相等，所以外电流为零。
然而，一般说来，由于两个探针所在的等离子体电位稍有不同，所以外加电压为零时，电流不是零。
随着外加电压逐步增加，电流趋于饱和。
最大电流是饱和离子电流Is1、Is2。
双探针法有一个重要的优点，即流到系统的总电流决不可能大于饱和离子电流。
这是因为流到系统的电子电流总是与相等的离子电流平衡。
从而探针对等离子体的干扰大为减小。
由双探针特性曲线，通过下式可求得电子温度Ｔe ： 02121=⋅+⋅=U i i i i e dI dU I I I I k e T (11)式中ｅ为电子电荷，ｋ为玻耳兹曼常数，Ii1、Ii2为流到探针1和2的正离子电流。
它们由饱和离子流确定。
0U dUdI =是Ｕ＝０附近伏安特性曲线斜率。
电子密度ne 为： e se kT M eS I n 2= (12)式中Ｍ是放电管所充气体的离子质量，Ｓ是两根探针的平均表面面积。
Is 是正离子饱和电流。
四、实验仪器等离子体物理实验组合仪、接线板、电脑化X_Y 记录仪和等离子体放电管。
五、实验内容（一）单探针法1、仪器联线如图5所示。
2.放电管放电产生等离子体3.运行电脑化X_Y 记录仪数据采集软件描出U_I 特性4.运行等离子体实验辅助分析软件求得电子温度等主要参数。
图5（二）双探针法仪器联线如图6所示，操作过程与单探针法一致图6六、实验数据及处理（一）双探针法测量时采样电阻设定为500 ，放电电流设定为60mA。
计算机自动生成的测量结果如下。
（二）双探针法测量时采样电阻设定为500 ，放电电流设定为60mA。
计算机自动生成的测量结果如下。
实验指导老师签名学生签名实验指导老师填写1、实验记录是否完整准确□2、有无涂改抄袭现象□七、思考题1、气体放电等离子体有什么特性？等离子体是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质,它呈现出高度激发的不稳定态,其中包括离子/原子/电子和分子.2、等离子体有哪些主要参量？（1）电子温度Ｔe。
它是等离子体的一个主要参量，因为在等离子体中电子碰撞电离是主要的，而电子碰撞电离与电子的能量有直接关系，即与电子温度相关联。
（2）带电粒子密度。
（3）轴向电场强度ＥL。
表征为维持等离子体的存在所需的能量。
（4）电子平均动能Ｅe。
（5）空间电位分布。
八、习题（1）探针法对探针有什么要求?对探针的一般要求是：1）电子和离子打到探针表面后被完全吸收，不会发生次级电子发射。
2）探针熔点较高，不会在放电过程中熔化。
3）探针不会与等离子体发生化学反应。
4）探针的线度适中：既要明显大于其表面的正离子鞘层的厚度，以减少正离子鞘层的厚度在测量过程中的变化造成的影响；又要小于离子和电子的自由程，减小对等离子体的干扰。
另外使用双探针法时，两探针应垂直于放电电流方向放置，使两个探针所在的等离子体电位尽量相同。
两个探针的间距不宜过近，以免两个探针表面的离子鞘相互干扰。
（2）分析误差原因，提出改进措施。
从实验数据来看，单探针法与双探针法的测量结果存在一定差异。
单探针法存在明显的误差。
明显的线性增大区和拐点，并且电流不能达到饱和，持续增加。
其原因是离子鞘层的厚度随ＵP增大而改变，造成探针等效表面积改变，从而使到达探针表面的电子数偏离理论值。
另外当探极电位ＵP接近等离子体的空间电位ＵS时，由于探针的边缘效应，事实上离子鞘层的厚度随ＵP增大而增大，其结果是探针等效表面积增大，探针电流也持续增大，在本实验条件下不能达到饱和。
对于双探针法，由于探针为平行板，离子鞘层的厚度对探针等效表面积的影响不大，因此离子鞘层的厚度改变对实验结果的影响也不明显。
综上，双探针法的测量结果更准确。
对于单探针法，可作如下改进：适当选取探针的表面积，同时减小离子和电子的浓度，增大其平均自由程。
教师评语：签字：备注：。