Si los iones en el plasma no están en la distribución de Maxwell-Boltzmann, ¿cuál es el significado de la temperatura de los iones?

Por lo que entiendo, si un gas tiene una temperatura T grados Kelvin, significa que la probabilidad de que una partícula de gas tenga energía mi es proporcional a Exp ⁡ ( − mi / k T ) . Es la interpretación física de la temperatura.

Pero solo es cierto cuando el gas está en Maxwell-Boltzmann Distribution. Los electrones en el plasma están en distribución MB. Entonces, cuando la temperatura de los electrones es de 1 eV, por ejemplo, puedo conocer la distribución de energía de los electrones.

Sin embargo, los iones en el plasma pueden no estar en distribución MB. Entonces, cuando dice que la temperatura de los iones es de 0,02 eV, por ejemplo, no sé qué representa. ¿Qué mide la temperatura de iones?

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@rob, ¿le importaría explicar un poco cómo se deberían aplicar exactamente esas relaciones termodinámicas a un plasma?
@lurscher Bueno, no estoy totalmente seguro de entender esta pregunta. Tengo entendido que la distribución de Maxwell-Boltzman (y sus primos cuánticos) son una consecuencia de que un gas tenga una temperatura, en lugar de un requisito previo, y que un gas con una distribución diferente no la tendrá por mucho tiempo. Sin embargo, es posible que un sistema con grados de libertad débilmente acoplados tenga diferentes temperaturas en diferentes componentes. Siento que los electrones y los iones que tienen diferentes temperaturas en un plasma son un ejemplo, pero pronto aparecerá una persona de plasma.

Respuestas (1)

En un plasma, las temperaturas de los electrones y las temperaturas de los iones, cuando existen, generalmente se refieren a una temperatura cinética como se aplicaría en una distribución de Maxwell-Boltzmann para las velocidades, tal como lo especifica el OP. Por lo tanto, la temperatura significa lo mismo en ambos casos, aunque para una temperatura dada, las distribuciones de velocidad correspondientes son diferentes en cada caso porque las masas de las partículas pueden ser diferentes.

Además, como señala OP, es posible que las partículas en un plasma no se termalicen, por lo que sus distribuciones de velocidad en esos casos no estarían bien representadas por una distribución de Maxwell-Boltzmann. En principio, esto puede ser cierto para los electrones, los iones positivos o ambos. También es posible que los electrones y los iones se termalicen a temperaturas separadas.

También se da el caso de que las velocidades de los electrones y los iones positivos se acoplan en una variedad de formas en un plasma, siendo la más simple las colisiones de culombio de dos cuerpos. Si la escala de tiempo para que ocurran estas colisiones es lo suficientemente corta en comparación con otras escalas de tiempo en las que evoluciona el sistema, entonces los electrones y los iones positivos se equilibrarán a una temperatura común. Sin embargo, si esta escala de tiempo es demasiado larga, es poco probable que las dos partículas se equilibren a una temperatura común.

Pero nuevamente, la temperatura se usa de la misma manera para ambas colecciones de partículas: para especificar la distribución de velocidad cuando se termaliza.

Ahhh La física del plasma es tan simple...
Lo siento si es una pregunta tonta. La física del plasma es difícil. Sé que la temperatura de un gas está relacionada con la distribución de energía de las partículas, suponiendo que el gas esté en distribución MB. Pero cuando un gas no está en distribución de MB, tales iones en plasma, ¿cómo se relaciona la temperatura con la distribución de energía? Si conozco la temperatura de un gas pero el gas no está en la distribución MB, entonces no puedo saber nada sobre ese gas a partir de su temperatura.
Los iones en un plasma pueden termalizarse y seguir una distribución MB. Pero si no lo son, estrictamente hablando no tiene sentido asignarles una temperatura. Sería descuidado, pero supongo que uno podría asignar una temperatura a una población de partículas no termalizadas solo como una medida de su energía cinética total: cualquiera que sea la distribución de velocidad que tengan, les asigna una temperatura para que la KE total para eso la distribución es la misma que sería el caso de una distribución de MB a esa temperatura. Aún así, creo que esta es una decisión confusa.
@KhantNyarPaing, ¿está seguro de que los iones positivos en el plasma que está estudiando no están termalizados? ¿Existe la posibilidad de que realmente estén termalizados, y es por eso que se les asigna una temperatura?
Lo siento por la respuesta tardía. El libro de texto que estoy estudiando es plasma térmico. Sin embargo, mi pregunta es hipotética. Asignar una temperatura al gas de distribución sin MB no tiene sentido para mí. Por eso pregunté. Gracias por tu respuesta.
Si los iones en el plasma no están en la distribución de Maxwell-Boltzmann, ¿cuál es el significado de la temperatura de los iones?
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