等离子体电阻率怎样？比铜怎样？
好，咱们来聊聊等离子体的电阻率，以及它跟铜比起来是个什么情况。这话题听起来有点玄乎，但深入了就能明白其中的门道。
首先，得明白什么是电阻率。简单来说，它就是材料导电有多“费劲”的一个指标。电阻率越低，材料越容易导电，就像水流在越粗越顺畅的管道里流得越快一样。铜之所以能成为我们熟悉的电线材料，就是因为它电阻率非常低，导电性极佳。
那等离子体呢？
要说等离子体的电阻率，咱们得先给它“正名”。等离子体不是一种固定的材料，它是物质存在的一种状态，通常被称作“物质的第四态”。我们熟悉的固态、液态、气态，在足够高的温度下，气态的原子会被剥离电子，变成由带正电的离子和带负电的电子组成的混合物，这就是等离子体。
所以，等离子体的电阻率不是一个固定的数值，而是非常、非常、非常灵活，而且很多时候，它的导电性要比铜“好”得多，好到我们甚至会说它几乎没有电阻。
为什么会这样？
这得从等离子体的构成说起。刚才说了，等离子体里有自由的、带电的粒子：电子和离子。当我们在等离子体中施加一个电场时，这些带电粒子就会在电场的作用下运动起来，形成电流。
和固体导体（比如铜）比起来，等离子体的“自由”程度完全不是一个量级。
铜： 在铜里，电子是可以自由移动的，但它们在金属晶格中移动时，会不断地与原子核以及晶格振动发生碰撞。这些碰撞会阻碍电子的运动，产生电阻。虽然铜的电阻率很低，但这种碰撞是始终存在的。
等离子体： 在等离子体里，电子和离子是高度自由的，它们虽然也会发生碰撞，但这些碰撞的性质和影响与固体导体中的电子晶格碰撞是不同的。更重要的是，在很多情况下，等离子体内的电场可以非常有效地“驱动”这些自由的带电粒子，让它们几乎无阻碍地移动。
具体来说，等离子体的电阻率会受到哪些因素的影响，让它变得如此“多变”？
1. 粒子密度（电子密度和离子密度）： 这是最关键的因素。等离子体中带电粒子的密度越高，可供电场驱使的“载流子”就越多，导电性自然越强，电阻率就越低。如果密度非常非常高，那它的导电性就会变得惊人。
2. 温度： 虽然温度升高会增加粒子碰撞的频率，但对于等离子体来说，更高的温度通常意味着更强的电离程度，更多的自由电子和离子，以及更高的粒子动能。在某些条件下，温度升高反而会增强其导电性，降低电阻率。
3. 磁场： 等离子体常常与磁场紧密相关。磁场可以约束带电粒子的运动，形成“朗道阻尼”等效应，这会影响电子和离子的有效运动，从而影响电阻率。在一个合适的磁场中，等离子体甚至可以表现出“超导”般的特性，尽管这与我们熟知的超导体机理不同。
4. 碰撞频率（电子离子碰撞、电子电子碰撞等）： 就像铜一样，等离子体中的粒子也会发生碰撞。但等离子体中的碰撞主要发生在带电粒子之间，比如电子和离子之间的库仑碰撞。这些碰撞会消耗能量，产生电阻。但电子离子碰撞的频率受到温度和密度的影响，而且在非常“干净”（杂质少）的等离子体中，碰撞会相对较少。
所以，用一个笼统的数值来对比等离子体和铜的电阻率是不太准确的，因为等离子体的电阻率“会说话”，它会根据环境变化。
我们来想象一下：
极低的电阻率/近乎完美的导电性： 在某些天体物理场景（如恒星内部、星际介质），或者在受控核聚变实验中（如托卡马克装置），等离子体被约束在强磁场中，并且粒子密度和温度都非常高。在这种情况下，等离子体的电阻率可以低到比铜还要低几个数量级。它们几乎可以认为是“导电的海洋”，电流可以畅行无阻。
相对较高的电阻率： 如果等离子体的密度很低，或者温度不高，甚至存在很多中性粒子（比如在某些低电离度的气体放电中），那么它的导电性就会变差，电阻率会升高，甚至可能比某些金属（比如不锈钢）还要高。
总而言之，与铜相比，等离子体的电阻率更像是一个“可塑性极强”的量：
铜： 有一个相对固定的、低的电阻率数值，是工程师们设计电路时的基准。
等离子体： 其电阻率的范围可以从比铜低好几个数量级（接近零电阻），到比铜高很多，这完全取决于它的密度、温度、磁场条件以及内部的碰撞情况。
当我们谈论等离子体用于导电时，通常是指它处于那些能够展现出极低电阻率的条件下，而这正是等离子体在许多前沿科技和自然现象中发挥重要作用的原因——它是一种高效的电流载体，甚至在某些情况下能够实现近乎无损的能量传输。
所以，下次听到“等离子体”，别把它想成一种死板的材料，它更像是一个由无数带电粒子组成的、充满活力的“流体”，它的导电能力，在合适的条件下，可以轻松超越我们熟悉的铜。
首先，得明白什么是电阻率。简单来说，它就是材料导电有多“费劲”的一个指标。电阻率越低，材料越容易导电，就像水流在越粗越顺畅的管道里流得越快一样。铜之所以能成为我们熟悉的电线材料，就是因为它电阻率非常低，导电性极佳。
那等离子体呢？
要说等离子体的电阻率，咱们得先给它“正名”。等离子体不是一种固定的材料，它是物质存在的一种状态，通常被称作“物质的第四态”。我们熟悉的固态、液态、气态，在足够高的温度下，气态的原子会被剥离电子，变成由带正电的离子和带负电的电子组成的混合物，这就是等离子体。
所以，等离子体的电阻率不是一个固定的数值，而是非常、非常、非常灵活，而且很多时候，它的导电性要比铜“好”得多，好到我们甚至会说它几乎没有电阻。
为什么会这样？
这得从等离子体的构成说起。刚才说了，等离子体里有自由的、带电的粒子：电子和离子。当我们在等离子体中施加一个电场时，这些带电粒子就会在电场的作用下运动起来，形成电流。
和固体导体（比如铜）比起来，等离子体的“自由”程度完全不是一个量级。
铜： 在铜里，电子是可以自由移动的，但它们在金属晶格中移动时，会不断地与原子核以及晶格振动发生碰撞。这些碰撞会阻碍电子的运动，产生电阻。虽然铜的电阻率很低，但这种碰撞是始终存在的。
等离子体： 在等离子体里，电子和离子是高度自由的，它们虽然也会发生碰撞，但这些碰撞的性质和影响与固体导体中的电子晶格碰撞是不同的。更重要的是，在很多情况下，等离子体内的电场可以非常有效地“驱动”这些自由的带电粒子，让它们几乎无阻碍地移动。
具体来说，等离子体的电阻率会受到哪些因素的影响，让它变得如此“多变”？
1. 粒子密度（电子密度和离子密度）： 这是最关键的因素。等离子体中带电粒子的密度越高，可供电场驱使的“载流子”就越多，导电性自然越强，电阻率就越低。如果密度非常非常高，那它的导电性就会变得惊人。
2. 温度： 虽然温度升高会增加粒子碰撞的频率，但对于等离子体来说，更高的温度通常意味着更强的电离程度，更多的自由电子和离子，以及更高的粒子动能。在某些条件下，温度升高反而会增强其导电性，降低电阻率。
3. 磁场： 等离子体常常与磁场紧密相关。磁场可以约束带电粒子的运动，形成“朗道阻尼”等效应，这会影响电子和离子的有效运动，从而影响电阻率。在一个合适的磁场中，等离子体甚至可以表现出“超导”般的特性，尽管这与我们熟知的超导体机理不同。
4. 碰撞频率（电子离子碰撞、电子电子碰撞等）： 就像铜一样，等离子体中的粒子也会发生碰撞。但等离子体中的碰撞主要发生在带电粒子之间，比如电子和离子之间的库仑碰撞。这些碰撞会消耗能量，产生电阻。但电子离子碰撞的频率受到温度和密度的影响，而且在非常“干净”（杂质少）的等离子体中，碰撞会相对较少。
所以，用一个笼统的数值来对比等离子体和铜的电阻率是不太准确的，因为等离子体的电阻率“会说话”，它会根据环境变化。
我们来想象一下：
极低的电阻率/近乎完美的导电性： 在某些天体物理场景（如恒星内部、星际介质），或者在受控核聚变实验中（如托卡马克装置），等离子体被约束在强磁场中，并且粒子密度和温度都非常高。在这种情况下，等离子体的电阻率可以低到比铜还要低几个数量级。它们几乎可以认为是“导电的海洋”，电流可以畅行无阻。
相对较高的电阻率： 如果等离子体的密度很低，或者温度不高，甚至存在很多中性粒子（比如在某些低电离度的气体放电中），那么它的导电性就会变差，电阻率会升高，甚至可能比某些金属（比如不锈钢）还要高。
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铜： 有一个相对固定的、低的电阻率数值，是工程师们设计电路时的基准。
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当我们谈论等离子体用于导电时，通常是指它处于那些能够展现出极低电阻率的条件下，而这正是等离子体在许多前沿科技和自然现象中发挥重要作用的原因——它是一种高效的电流载体，甚至在某些情况下能够实现近乎无损的能量传输。
所以，下次听到“等离子体”，别把它想成一种死板的材料，它更像是一个由无数带电粒子组成的、充满活力的“流体”，它的导电能力，在合适的条件下，可以轻松超越我们熟悉的铜。
网友意见
等离子体的电阻率确实非常非常小，在稀薄物质里的电导率可以说是无敌，但是其导电性能跟铜还是差得远。
在等离子体物理中广泛应用的Spitzer电阻率[1]：
这个理论公式是1950s提出的，直到今天还有很广泛的应用
公式中的 是库伦对数，表达式是：
其中最小作用程的取法不同研究中不大一样，但大部分理论研究中都是用库伦对数表征等离子体中的碰撞的。
公式中可以直观的给出这样的规律，碰撞越多（库伦对数大），电阻率就越大。 温度越高（电离度越高），电阻率越小。
所以最理想的状况就是，碰撞非常非常少，也就是高度真空，温度非常非常高，达到完全电离。这种情况下电阻率很小。但是维持这样的环境很困难，或者很昂贵。
实际测量中，在 的真空度，大约20000度的温度下，等离子体的电导率大概是10^4 S/m [2]:
而常见的金属的导电率：
看电阻率天梯段位不说黄金和青铜了，简直是废铁都不如。
为什么等离子体会给我们一种，它电导率很高的感觉呢？
甚至是在很多计算中，我们都是考虑理想导体等离子体，也就是使用完全没有电阻的等离子体。
核心问题就是碰撞
在金属导体中，电子在很多离子中穿梭（黄线是运动轨迹）：
能影响电子运动的主要因素是碰撞。电子在金属这种到处都是原子核的物质中的碰撞频率非常高，碰撞自由程很短，两次碰撞之间电子走的路程可以近似成直线，电阻主要就是来自于电子和离子之间的碰撞。
而在稀薄的等离子体中，能影响电子运动的除了碰撞还有电磁场（黄线是运动轨迹，灰线是磁场）：
而在两次碰撞之间，电子受到电磁场作用运动情况会发生非常巨大的改变。在很多时候，我们只关注这部分运动情况的时候，可以假设没有碰撞。这可以极大的减小运算量。
在计算中所使用的这种无电阻假设并不代表等离子体就是超导的，相反，等离子体电阻跟金属比还是很大的。只是在金属中产生电阻的因素【碰撞频率】在等离子体中很小。
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Pjer内容分类：
参考
- ^ Cohen, Robert S.; Spitzer, Jr., Lyman; McR. Routly, Paul (October 1950). "The Electrical Conductivity of an Ionized Gas" . Physical Review. 80 (2): 230–238. doi:10.1103/PhysRev.80.230.
- ^ Haun, Jens & Kunze, H.-J & Kosse, S & Schlanges, M & Redmer, R. (2002). Electrical conductivity of nonideal carbon and zinc plasmas: Experimental and theoretical results. Physical review. E, Statistical, nonlinear, and soft matter physics. 65. 046407. 10.1103/PhysRevE.65.046407.
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