電子温度計算機は、プラズマ物理学および材料科学において、ガス、プラズマ、その他の高エネルギー環境における電子の平均運動エネルギーに関連する温度を決定するための専用ツールです。電子温度は、 キー エネルギー分布、イオン化率、伝導率、およびイオン化システムの全体的な動作を理解する上で役割を果たします。
核融合炉、宇宙プラズマ、あるいは実験室実験など、多くの環境において、電子とイオンのような重い粒子の温度は必ずしも同じではありません。この計算機は、研究者やエンジニアが電子温度を運動エネルギーなどの測定可能な特性と関連付けることで推定することを可能にし、物理プロセスをより正確に予測するのに役立ちます。
電子温度計算機の計算式
電子温度は、運動エネルギーと熱特性の関係を通じて決定できます。
1. 運動エネルギーから導かれる基本式：
Te = (2/3) × (k × T / m)²
どこ：
- Te 電子温度（ケルビン、K）
- k ボルツマン定数（1.380649 × 10⁻²³ J/K）
- T 電子の平均運動エネルギー（ジュール、J）
- m 電子の質量（9.10938356 × 10⁻³¹ kg）
この式は、エネルギーと温度を関連付ける古典的な運動理論に基づいています。
2. ガスまたはプラズマ中の電子の場合（簡略化）：
熱平衡が仮定されるプラズマでは、電子温度は平均運動エネルギーに直接関係しています。
E = (3/2) × k × Te
温度を求めるために並べ替えます。
Te = (2/3) × (E / k)
どこ：
- E 電子あたりの平均運動エネルギー（ジュール）
- k ボルツマン定数
この式は、実験プラズマ物理学において、直接測定からTeを計算するためによく使用されます。 測定結果 電子エネルギーの。
電子温度計算に関する一般用語
以下の表は、電子温度の計算で頻繁に登場する重要な用語を説明しています。
| 契約期間 | 定義 |
|---|---|
| 電子温度（Te） | 電子の平均運動エネルギーの尺度。単位はケルビン |
| ボルツマン定数 (k) | 粒子レベルで温度とエネルギーを関連付けます（1.380649 × 10⁻²³ J/K） |
| 運動エネルギー（E） | 粒子が運動によって持つエネルギー |
| 電子の質量（m） | 電子の物理的質量（9.10938356 × 10⁻³¹ kg） |
| プラズマ | 自由電子とイオンからなる物質の状態 |
| 熱平衡 | システムのすべての部分の温度が同じである状態 |
| エネルギー分配 | 運動エネルギーが粒子間でどのように広がるかの説明 |
| ジュール（J） | エネルギーのSI単位 |
これらの用語は、電子温度の測定と計算に関係するパラメータを理解するのに役立ちます。
電子温度計算機の例
与えられた：
- 電子の平均運動エネルギー、E = 4.14 × 10⁻²¹ J
定数:
- k = 1.380649 × 10⁻²³ J/K
ステップ1：簡略化された式を使用する
次の式を適用します。
Te = (2/3) × (E / k)
値を代入すると、次のようになります。
Te = (2/3) × (4.14 × 10⁻²¹ / 1.380649 × 10⁻²¹)
Te = (2/3) × (299.96) ≈ 199.97 K
したがって、電子温度はおよそ 200ケルビン.
この結果は、温度が数万ケルビン以上に達する高エネルギープラズマ環境と比較して、電子の温度が比較的低いことを示しています。
最も一般的な FAQ
電子温度は、物質またはプラズマ中の電子の平均運動エネルギーを示します。これは、電子のエネルギーがどの程度高いか、そしてそれが電気伝導性にどのような影響を与えるかについての洞察を提供します。 化学物質 反応速度、イオン化レベル。
電子温度は、ラングミュアプローブ、発光分光法、あるいは電子のエネルギー分布関数の解析によって測定されることが多い。これらの方法により、科学者は運動エネルギーを推定し、Teを計算することができる。
多くのプラズマ、特に完全な熱平衡状態にないプラズマでは、電子ははるかに軽く、電界、エネルギー入力、その他の変化に速く反応するため、電子とイオンの温度は異なる場合があります。