Sonda de Langmuir - Revision history

Ist12916: /* Descrição da Experiência */

2022-12-26T09:48:22Z

Descrição da Experiência

Ist12916: /* Descrição da Experiência */

2022-03-09T08:49:20Z

Descrição da Experiência

Ist12916: /* Descrição da Experiência */

2022-03-09T08:48:08Z

Descrição da Experiência

Ist428984 at 22:36, 17 May 2021

2021-05-17T22:36:41Z

Ist428984 at 22:35, 17 May 2021

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Ist428984 at 22:34, 17 May 2021

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Ist428984 at 22:31, 17 May 2021

2021-05-17T22:31:30Z

Ist428984 at 22:03, 17 May 2021

2021-05-17T22:03:09Z

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2015-05-24T19:56:26Z

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 *Vídeo: rtsp://elabmc.ist.utl.pt/langmuir.sdp
 *Laboratório: Avançado
-*Sala de Controlo: [http://elab.vps.tecnico.ulisboa.pt:8000/execution/create/2/2 Sonda de Langmuir]
+*Sala de Controlo: [https://elab.vps.tecnico.ulisboa.pt:8000/execution/create/2/2 Sonda de Langmuir]
 *Nível: ****

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 *Vídeo: rtsp://elabmc.ist.utl.pt/langmuir.sdp
-*Laboratório: Avançado em e-lab.ist.utl.pt[http://elab.vps.tecnico.ulisboa.pt:8000/execution/create/2/2]
+*Laboratório: Avançado
-*Sala de Controlo: Sonda de Langmuir
+*Sala de Controlo: [http://elab.vps.tecnico.ulisboa.pt:8000/execution/create/2/2 Sonda de Langmuir]
 *Nível: ****

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 *Vídeo: rtsp://elabmc.ist.utl.pt/langmuir.sdp
-*Laboratório: Avançado em e-lab.ist.utl.pt[http://elab.ist.eu]
+*Laboratório: Avançado em e-lab.ist.utl.pt[http://elab.vps.tecnico.ulisboa.pt:8000/execution/create/2/2]
 *Sala de Controlo: Sonda de Langmuir
 *Nível: ****

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 =Descrição da Experiência=
-[[File:Langmuir_with_plasma.jpg|318|thumb|Fig. 1 Foto da montagem experimental]]
+[[File:Langmuir_with_plasma.jpg|318|thumb|Fig. 1 - Foto da montagem experimental]]
 Os plasmas têm características diferentes de outros estados da matéria pelo que muitas ferramentas de diagnóstico foram desenvolvidas a fim de as medir.
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 ==Determinação da temperatura e densidade electrónica==
-[[File:Langmuir_Data_untreated_nograph.png|200|thumb|Fig. 2 Dados brutos da experiência]]
+[[File:Langmuir_Data_untreated_nograph.png|200|thumb|Fig. 2 - Dados brutos da experiência]]
-[[File:Langmuir_Data_untreated.png|200|thumb|Fig. 3 Ajuste linear à corrente de saturação iónica]]
+[[File:Langmuir_Data_untreated.png|200|thumb|Fig. 3 - Ajuste linear à corrente de saturação iónica]]
-[[File:Langmuir_Data_treated.png|200|thumb|Fig. 4 Ajuste dos dados à equação da característica eléctrica da sonda]]
+[[File:Langmuir_Data_treated.png|200|thumb|Fig. 4 - Ajuste dos dados à equação da característica eléctrica da sonda]]
 A sonda de Langmuir utiliza um ou mais eléctrodos colocados no interior do plasma para medir a corrente colectada 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 equiseparados.

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 Usando os valores tabelados para a área da sonda e a velocidade do som dos iões do plasma, pode-se determinar a densidade electrónica do plasma.
-Visto que \(c_s = \sqrt{\dfrac{k T_e}{M}}\), e que a sonda tem \(10 mm \) de altura e um diâmetro de \(0.2 mm \), através de \(i^+_{sat}\) é possível determinar a densidade.
+Visto que \(c_s = \sqrt{\dfrac{k T_e}{M}}\), e que a sonda tem \(10 mm \) de altura e um diâmetro de \(0.2 mm \), é possível recorrer a \(i^+_{sat}\) para determinar a densidade.
 =Ligações=
 *[[Langmuir Probe | Versão em Inglês (English Version)]]

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 <table style="background-color:white"><tr><td style="vertical-align:top">
-<div class="toccolours mw-collapsible mw-collapsed" style="width:420px">
+<div class="toccolours mw-collapsible mw-collapsed" style="width:380px">
 '''Ligações'''
 <div class="mw-collapsible-content">
@@ Line 23: / Line 23: @@
 <td style="vertical-align:top">
-<div class="toccolours mw-collapsible mw-collapsed" style="width:450px">
+<div class="toccolours mw-collapsible mw-collapsed" style="width:380px">
 '''Videos'''
 <div class="mw-collapsible-content">

@@ Line 2: / Line 2: @@
 =Descrição da Experiência=
-[[File:Langmuir_with_plasma.jpg|318|thumb|Figura 1: Foto da montagem experimental]]
+[[File:Langmuir_with_plasma.jpg|318|thumb|Fig. 1 Foto da montagem experimental]]
 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.
+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 um 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 a densidade do plasma.
 <table style="background-color:white"><tr><td style="vertical-align:top">
 <div class="toccolours mw-collapsible mw-collapsed" style="width:420px">
-'''Links'''
+'''Ligações'''
 <div class="mw-collapsible-content">
@@ Line 16: / Line 16: @@
 *Laboratório: Avançado em e-lab.ist.utl.pt[http://elab.ist.eu]
 *Sala de Controlo: Sonda de Langmuir
-*Dificuldade: ****
+*Nível: ****
 </div>
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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.
+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 e parcialmente isolado por uma camada de alumina deixando somente uma ponta 10 mm exposta ao plasma a 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.
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 ==Determinação da temperatura e densidade electrónica==
-[[File:Langmuir_Data_untreated_nograph.png|200|thumb|Figura 2: Dados brutos da experiência]]
+[[File:Langmuir_Data_untreated_nograph.png|200|thumb|Fig. 2 Dados brutos da experiência]]
-[[File:Langmuir_Data_untreated.png|200|thumb|Figura 3: Ajuste linear à corrente de saturação iónica]]
+[[File:Langmuir_Data_untreated.png|200|thumb|Fig. 3 Ajuste linear à corrente de saturação iónica]]
-[[File:Langmuir_Data_treated.png|200|thumb|Figura 4: Ajuste dos dados à equação da característica eléctrica da sonda]]
+[[File:Langmuir_Data_treated.png|200|thumb|Fig. 4 Ajuste dos dados à equação da característica eléctrica da sonda]]
-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 eléctrica na região de interface entre o plasma e a sonda. Para compensar a maior mobilidade dos electrões, a sonda vai atingir um potencial flutuante, \(V_f\), negativo em relação ao potencial de plasma, \(V_p\). A densidade na entrada da bainha é de, aproximadamente, metade da densidade quando longe da sonda (critério de Bohm).
-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, comparando 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:
 <math> i^+_{sat} = j^+_{sat} A_s = \frac{e \, n \, c_s \, A_s}{2} </math>
-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.
+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.
-Quando a tensão de polarização aplicada à sonda aumenta, a queda de potêncial na bainha é reduzida e os electrões serão capazes de alcançar a sonda. Assumindo uma distribuição de Maxwell para a velocidade dos electrões, a relação entre corrente e tensão será:
+Quando a tensão de polarização aplicada à sonda aumenta, a queda de potencial na bainha é reduzida e os electrões serão capazes de alcançar a sonda. Assumindo uma distribuição de Maxwell para a velocidade dos electrões, a relação entre corrente e tensão será:
 <math> i = -i^+_{sat} \left( 1- e^{\dfrac{e}{k T_e} (V_s - V_f)} \right) </math>
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 A partir da última equação é possível extrair uma estimativa do potencial flutuante, \(V_f \). Isto é feito tomando o valor no qual a característica cruza o zero.
-Também se verifica facilmente que os dados não acompanham a característica do lado da saturação iónica, que devia ser constante em vez de ter um declive. Isto tem que ver com o facto de que a largura da bainha aumenta com a tensão aplicada. Para corrigir isto ajusta-se uma função linear desse lado e de seguida subtrai-se o declive desta (como pode ser visto na Figura 3). Alternativamente pode-se incluir essa contribuição na equação:
+Também se verifica facilmente que os dados não acompanham a característica do lado da saturação iónica, que devia ser constante em vez de ter um declive. Isto tem que ver com o facto da largura da bainha aumentar com a tensão aplicada. Para corrigir isto, ajusta-se uma função linear desse lado e de seguida subtrai-se o declive desta (como pode ser visto na Figura 3). Alternativamente, pode-se incluir essa contribuição na equação:
 <math> i = -i^+_{sat} \left( 1- \alpha\ (V_s-V_f) - e^{\dfrac{e}{k T_e} (V_s - V_f)} \right) </math>
-No entanto, quer-se obter a densidade, de modo que é necessário fazer uma outra correção, corresponde à soma do valor da corrente no ponto em que você sabe que a corrente é completamente devida aos iões, ou seja, para valores de tensão muito menores do que o potencial flutuante (tipicamente usa-se duas vezes o potencial flutuante, daí a necessidade de nossa estimativa inicial).
+No entanto, sendo que se pretende obter a densidade, é necessário fazer uma outra correção que corresponde à soma do valor da corrente no ponto em que esta é completamente devida aos iões, ou seja, para valores de tensão muito menores do que o potencial flutuante (tipicamente usa-se duas vezes o potencial flutuante, daí a necessidade da estimativa inicial).
-Depois disso os dados experimentais têm de ser ajustados à equação apresentada anteriormente (como se vê na Figura 4). A partir do ajuste \(T_e \) pode ser extraída, bem como a corrente de saturação de iónica, \(i^+_{sat}\) e o potencial flutuante \(V_f \), que deve ter um valor próximo do aquele que foi determinado empiricamente.
+Depois disso, os dados experimentais têm de ser ajustados à equação apresentada anteriormente (como se vê na Figura 4). A partir do ajuste \(T_e \), pode ser extraída, tanto a corrente de saturação iónica, \(i^+_{sat}\), como o potencial flutuante \(V_f \). Este útlimo deve ter um valor próximo daquele que foi determinado empiricamente.
-Usando os valores tabelados para a área da sonda e velocidade do som na iões do plasma, pode-se determinar a densidade electrónica do plasma.
+Usando os valores tabelados para a área da sonda e a velocidade do som dos iões do plasma, pode-se determinar a densidade electrónica do plasma.
 Visto que \(c_s = \sqrt{\dfrac{k T_e}{M}}\), e que a sonda tem \(10 mm \) de altura e um diâmetro de \(0.2 mm \) pode-se usar a \(i^+_{sat}\) para determinar a densidade.
 =Ligações=
 *[[Langmuir Probe | Versão em Inglês (English Version)]]

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 '''Videos'''
 <div class="mw-collapsible-content">
-{{#evp:youtube|EwK4Bn_7IVc|Descarga luminescente de radiofrequência na experiência da Sonda de Langmuir.|center}}
+{{#ev:youtube|EwK4Bn_7IVc|Descarga luminescente de radiofrequência na experiência da Sonda de Langmuir.|center}}
 </div>

Sonda de Langmuir - Revision history

Ist12916: /* Descrição da Experiência */

Ist12916: /* Descrição da Experiência */

Ist12916: /* Descrição da Experiência */

Ist428984 at 22:36, 17 May 2021

Ist428984 at 22:35, 17 May 2021

Ist428984 at 22:34, 17 May 2021

Ist428984 at 22:31, 17 May 2021

Ist428984 at 22:03, 17 May 2021

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