заполняющий космическое пространство. Лишь незначительная часть вещества в конденсированном состоянии, например, планеты, спутники планет, метеориты, не является плазмой.

Создание и поддержание плазмы обычно требует подогрева газа. По степени подогрева и температуре газа различают низкотемпературную, или «холодную», плазму и высокотемпературную, или «горячую». В холодных плазмах процессы происходят только во внешних электронных оболочках атомов и молекул, глубокие электронные оболочки не затрагиваются, ядерные процессы в них отсутствуют. Такие плазмы всевозможных форм наблюдаются в земных условиях. Температура холодной плазмы Т 10б °К. В горячей плазме температура Т 10е °К, процессы в электронных оболочках затрагивают все ее слои, возможны и различные ядерные процессы. Горячая плазма образует внутренние слои звезд. В сварочной технике применяют лишь холодную плазму, и только о ней мы будем говорить в дальнейшем. Одна из крупнейших проблем современной техники — использование горячей плазмы в термоядерных энергетических установках — пока еще практически не решена из-за огромных технических трудностей.

Из свойств плазмы столба сварочной дуги очень важным является квазинейтральность плазмы, которая автоматически поддерживается с большой точностью. Квазинейтральность устанавливается весьма быстро при создании плазмы и при всяких отклонениях от нормы. Даже небольшие нарушения квазинейтральности создают огромные электрические силы, практически мгновенно восстанавливающие нормальное состояние.

Процессы ионизации газа в столбе дуги. Сгусток плазмы, образующий столб дуги, не находится в статическом, установившемся состоянии. Частицы газа при высокой температуре непрерывно движутся с огромными скоростями, непрерывно соударяются, меняя скорость и направление движения, возбуждаются, ионизируются и снова возвращаются к исходному состоянию. Газ пронизывается потоками квантов электромагнитного излучения и фотонов, движущихся со скоростью света.

Важнейшим процессом ионизации в плазме является соударение частиц. Энергия соударения зависит от скоростей частиц, скорости же определяются выражением

известным как максвелловское распределение по скоростям частиц газа. Здесь М (у) — функция, выражающая вероятность скорости V частицы; до— наиболее вероятная скорость, т.е. максимальное значение функции М(и). Скорость к связана с температурой газа соотношением

у ш2 = кТ, или ьо - |/^,(111.9)

где т — масса частицы;

к — постоянная Больцмана; & =

1,38 ■ 1(Г1в эргГС;

— универсальная газовая постоянная; Л' — число Авогадро, т. е. число молекул в 1 моле. Из максвелловского распределения скоростей можно найти также

среднеквадратическую, или тепловую, скорость иг = у — и среднеарифметическую скорость V —• Принимая до за единицу,

получим следующие отношения скоростей: до:ит:у=1 : 1,233: 1,128.

Для оценки процессов ионизации соударением существенно важно знать эффективное сечение соударения и среднюю длину свободного пробега частицы. Эффективное газокинетическое сечение определим из простейшей модели соударения твердых упругих шаров, заменяющих частицы (рис. 30).

Для столкновения двух различных молекул Мх и М2 диаметрами а\ и а\ (случай смеси газов) расстояние между их центрами при сближении должно уменьшиться по

крайней мере до значения

Рис. 30. Схема соударения частиц.

Очевидно молекула Мх сталкивается с молекулой М2 только .тогда, когда ее центр находится в пределах или на границе проецирующегося на направление движения круга площадью

(ШЛО)

где Ав — газокинетическое сечение столкновения. В частных случаях формула (III. 10) упрощается:

1)столкновение между молекулами одного газа {йх = 12 = й):

А„ = гаР;(Ш. 11)

2)один из участников столкновения — свободный электрон. Тогда можно положить а\ = 0, а с12 = й, так что

Л8 = ^.(111.12)

Следует заметить, что модель твердых упругих шаров, положенная в основу определения,— грубо приближенная и в ряде случаев дает резкое расхождение с данными опыта. Особенно велики расхождения для соударений с электроном. Здесь сказывается двойственная природа электрона, резко проявляется его волновая природа: он начинает взаимодействовать с электронами ударяемого