Difference between revisions of "Sonda de Langmuir"
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| + | A sonda de Langmuir utiliza um ou mais eléctrodos colocados no interior do plasma para medir a corrente coletada durante a aplicação de uma tensão de polarização. Isto irá fornecer a característica IV do plasma. Normalmente, é usado um sinal triangular ou dente de serra para obter pontos equi-separados. | ||
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| + | Quando a sonda está isolada electricamente, forma-se uma bainha electrica na região de interface entre o plasma e a sonda. Para compensar a maior mobilidade dos electrões, a sonda vai atingir um potencial flutuante, \(V_f\), negativa em relação ao potencial de plasma, \(V_p\). A densidade na entrada da bainha é de aproximadamente metade da densidade longe da sonda (critério de Bohm). | ||
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| + | A tensão de sonda em relação ao enrolamento de referência, \(V_s\), é varrida utilizando uma fonte de tensão variável. Se a polarização da sonda, comparado com o potencial do plasma, for bastante negativa todos os electrões serão repelidos e o fluxo de iões para a sonda é independente do potencial aplicado. Num plasma totalmente ionizado, esta corrente de saturação de iões é descrita pela seguinte fórmula: | ||
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| + | Em que \(j^+_{sat}\) é a densidade de corrente iónica, \(A_s\) a superfície de contato da sonda, \(e \) a carga do electrão, \(n\) a densidade iónica da plasma, e \(c_s\) a velocidade do som dos iões. | ||
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Revision as of 13:02, 10 January 2014
EM CONSTRUÇÃO
Contents
Descrição da Experiência
Os plasmas têm características diferentes de outros estados da matéria pelo que muitas ferramentas de diagnóstico foram desenvolvidas a fim de as medir. Esta experiência permite determinar algumas destas características através de um dos métodos mais simples, uma sonda eléctrica, a sonda de Langmuir. Esta é constituída por um filamento fino feito de material condutor que é colocado no interior do plasma, e que atrai ou repele os electrões do plasma de acordo com a sua polarização. A partir da análise da característica eléctrica da sonda, que é a relação entre a tensão de polarização e da respectiva corrente colectada, é possível determinar a temperatura dos electrões e da densidade do plasma.
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Links
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Aparato Experimental
A câmara de vácuo é composta por um cilindro de pirex na qual uma descarga de luminescência é produzida por radiofrequência. Um filamento de tungsténio com um diâmetro de 0.2 mm é colocado no meio da câmara parcialmente isolado por uma camada de alumina deixando somente uma ponta 10 mm exposta ao plasma, actuar como uma sonda de Langmuir. Este filamento central tem uma referência de terra em torno da sonda com cerca de 200mm, de modo a ser muito maior do que a própria sonda.
O gerador de radiofrequência (3.5W, 50kHz, 1 kV), que ioniza o gás e gera o plasma, é ligado a duas placas de molibdénio paralelas semelhantes às de um condensador.
Protocolo
Determinação da temperatura e densidade electrónica
A sonda de Langmuir utiliza um ou mais eléctrodos colocados no interior do plasma para medir a corrente coletada durante a aplicação de uma tensão de polarização. Isto irá fornecer a característica IV do plasma. Normalmente, é usado um sinal triangular ou dente de serra para obter pontos equi-separados.
Quando a sonda está isolada electricamente, forma-se uma bainha electrica na região de interface entre o plasma e a sonda. Para compensar a maior mobilidade dos electrões, a sonda vai atingir um potencial flutuante, \(V_f\), negativa em relação ao potencial de plasma, \(V_p\). A densidade na entrada da bainha é de aproximadamente metade da densidade longe da sonda (critério de Bohm).
A tensão de sonda em relação ao enrolamento de referência, \(V_s\), é varrida utilizando uma fonte de tensão variável. Se a polarização da sonda, comparado com o potencial do plasma, for bastante negativa todos os electrões serão repelidos e o fluxo de iões para a sonda é independente do potencial aplicado. Num plasma totalmente ionizado, esta corrente de saturação de iões é descrita pela seguinte fórmula: \[ i^+_{sat} = j^+_{sat} A_s = \frac{e \, n \, c_s \, A_s}{2} \]
Em que \(j^+_{sat}\) é a densidade de corrente iónica, \(A_s\) a superfície de contato da sonda, \(e \) a carga do electrão, \(n\) a densidade iónica da plasma, e \(c_s\) a velocidade do som dos iões.
