Disciplina Curricular

Plasmas de Baixa Temperatura DG

Diploma de Estudos Avançados em Engenharia Física Tecnológica - DEAEFT2006

Peso

6.0 (para cálculo da média)

Objectivos

Oferecer uma introdução à Física dos Plasmas de Baixa Temperatura (LTPs). Permitir que os alunos adquiram um conhecimento abrangente sobre - a produção de LTPs a partir de descargas em gases; - as descrições cinética (microscópica) e fluido (macroscópica) de LTPs; - a análise global de LTPs usando modelos de descarga, tendo em conta a sua reactividade. O curso oferece uma apresentação detalhada da equação cinética de Boltzmann para os electrões, tal como é habitualmente utilizada em LTPs, incluindo o seu tratamento matemático e o estudo dos efeitos produzidos por diferentes tipos de campos e de colisões. PRÉ-REQUISITOS: Para alcançar os objetivos de aprendizagem esperados, os estudantes devem ter conhecimentos prévios de mecânica clássica (dinâmica das colisões), termodinâmica, física estatística, e cálculo diferencial e integral.

Programa

I. Plasmas de baixa temperatura (LTPs): definição e aplicações. Conceitos básicos: função de distribuição, secção eficaz de colisão, campo de carga de espaço, densidade de partículas, fluxo deriva/difusão. Estudo de LTPs: descrição cinética/fluido. II. Produção de LTPs a partir de descargas em gases: efeitos alfa e gama; lei de Paschen. Classificação das descargas em gases. Bainhas de carga de espaço: critério de Bohm; região de queda catódica; lei de Child-Langmuir. III. Descrição cinética de LTPs. Eq. Boltzmann; a hipótese do caos molecular. Operador de colisão: colisões elásticas, inelásticas e superelásticas. Eq. de Boltzmann electrónica gás de Lorentz: aproximação das pequenas anisotropias. Função de distribuição de energia dos electrões; evolução para o equilíbrio. Fórmula de Chapman-Cowling; distribuições de Margenau e Druyvesteyn. Parâmetros de entrada. Balanço de potência. Efeitos produzidos por campos eléctricos DC e HF. Efeito de um campo magnético axial estacionário. IV. Difusão num campo Coulombiano. Secção eficaz de Rutherford. Eq. Fokker-Planck. Operador de colisão electrão-electrão na eq. Boltzmann electrónica. V. Descrição fluido de LTPs. Eqs. hidrodinâmicas. Regimes de difusão: (i) efeito da densidade eletrónica - difusão livre/ ambipolar; (ii) efeito da pressão - regime de queda livre. Coluna de plasma controlada por difusão: solução a valores próprios; condição de Schottky. VI. Reactividade em LTPs. Colisões electrónicas; colisões entre espécies pesadas; coeficientes reaccionais a dois- e três-corpos; termos fonte. Estados metastáveis e estados radiativos. Eqs. de balanço de partículas e de energia. Modelos colisionais-radiativos. Acoplamento com a eq. Boltzmann electrónica. Modelos de descarga. Características de descarga e parâmetros de semelhança.