【プラズマ 電位】 プラズマに詳しい方にお聞きします。 初歩的な質問ではありますが、プラズマ電位とい

【プラズマ　電位】

プラズマに詳しい方にお聞きします。

初歩的な質問ではありますが、プラズマ電位というものはなぜ存在するのですか？
プラズマは電気的に中性なので、プラズマ中の電位0Vになるようなイメージなのですが、実際には0Vにならなかったりしますよね。

なぜでしょうか？

No.2 回答者： himagene 回答日時： 2023/05/09 14:37

プラズマが電気的に中性と言うのは広い範囲で見た場合です、どのくらい広い範囲かというと大雑把にいってデバイの長さ（あるいはデバイ距離；これは自分で調べてください）に比べて十分長い距離です。

一般的なプラズマはイオン（正電荷）と電子（負電荷）の混合気体です。イオンに比べて電子の質量は圧倒的に小さいので、プラズマの中でイオンと電子の密度差が局所的に出来ると電子の疎密波（電子プラズマ波）となって周囲に伝わって行きます。電子プラズマ波は静電ポテンシャルの波（静電波）です。
イオンと電子が同じ温度（平衡状態）なら電子はイオンに比べて桁違な速度で飛び回っています。このようなプラズマに金属を突っ込んだら、電子の方がイオンに比べて金属に飛び込む頻度が大きいことは分かりますね。このような電子衝突が続くと金属は負に帯電します。電子は金属に取り込まれて飛び出せないので復元力は無くプラズマ振動はできず、金属の静電ポテンシャルは下がります。このポテンシャル変化が及ぶ距離の目安がデバイ距離です。
0Vかどうかはどこを基準に採るかの問題であり、プラズマの作り方（有極放電か高周波放電かなど）によって違います。
磁場はプラズマに異方性を与えるだけであり、静電ポテンシャルの本質とは関係ありません。
興味があれば、ラングミュアープローブ、静電探針などを調べて勉強してください。

No.1 回答者： d9win 回答日時： 2023/05/09 04:25

例えば、気体をプラズマ状態にするには、気体の両端に高電圧をかけて放電させます。

その電圧は気体が分担して保持しますので、プラズマ中に電位差が生じてます。(その際、大まかには均等に電圧分担されるのだが、電極からの位置等で電位分布が変わってきます。そこでは、プラズマの電気中性条件が少しずれているからです)
そもそも、ある物体の電位は、その物体が電気的に中性であることと無関係です。プラズマでなくとも通常の電線も電気的に中性でが、電流が流れている時は電位差が生じてます。

一方、放電とは逆に、プラズマを磁場中で流すと、その流れと磁場の両方に垂直な方向に電圧が発生して、電力を取り出すことが出来ます。(実用化された話は聞かないのですが) MHD発電はこの原理を使ってます。このプラズマが完全に電気的に中性であっても電力が生じることが不思議で、色々調べましたが納得できませんでした。