- 질문은 전하가 왜 부도체 혹은 절연되어 있는 전극에 충전되는 가 하는 내용입니다. 즉, 도체 전극도 전류가 통할 수 없는 조건, 즉 전극이 회로에서 단락되어 있는 경우나 도체가 축전기 (capacitor)와 직렬연결되어 있는 경우, 혹은 부도체로 표면이 덮혀 있는 전극인 경우 등이 플라즈마와 만나고 있는 경우가 될 것 입니다.
- 플라즈마 내에서 전자들과 이온들의 움직임이 있으며 이들이 표면으로 나가는 경우 입사속 (flux)라 하여 이온속과 전자속이 존재합니다. 공간내에서는 사방으로 이들이 움직이며 전자가 이온보다 빠르게 움직임으로 전자 움직임을 이온이 쫒아 가며 플라즈마의 조건인 준 중성상태 (즉 전자 밀도와 이온 밀도가 거의 같은 조건)을 유지하고 있으며 사방으로 움직임으로 특징적인 결과가 나타나지 않습니다. (ambiploar diffusion 참고). 하지만 벽이나 전극면과 같은 곳에서는 이온속과 전자 속의 차이가 벽으로 유실되는 전하에 의해서 차이가 나게 됩니다. 이때 빠져나가는 전자가 많아지면서 상대적으로 벽면의 전위가 플라즈마 전위보다 낮아지게 됩니다.
- 이때(초기상태) 전극 면으로 나가는 전자의 수가 이온의 수보다 상대적으로 많으며 단락된 전극에는 전류가 흐르지 않음으로 입사되는 이온에 의해 중화되는 양을 제외한 전하 차이가 존재하게 되는 것입니다. 이로서 표면의 전위는 더욱 낮아지게 되나 한계가 존재합니다. 즉, 전극에 전류가 흐르지 않고 있음으로 시간이 지나감에 따라서 표면으로 입사되는 전류가 없어야 이 조건이 유지될 수 있을 것입니다.
- 전극에 흐르는 전류가 0이 되는 조건은 플라즈마가 없는 경우와 전극에 입사되는 이온전류와 전자전류가 같아지는 경우로, 즉 입사되는 이온속과 전자속이 같아지는 조건이 되고, 이온속은 밀도 x 속도임으로 전극의 전위가 음으로 낮아지면서 이온의 속도는 점차 빨라지게 됩니다. 결국 이온속=전자속 조건을 만족시키는 이온의 속도를 갖는 조건의 전극 전위가 floating potential (부유전위)가 됩니다. 여기서 전자는 자체의 열운동에너지가 높아 열운동 속도를 갖고 벽으로 빠져나가며 이온은 가속되면서 벽과 충돌을 합니다. 충돌시 이온의 대부분 전하는 전극 표면에 많이 존재하는 전자들을 받아들여 중성입자로 충돌해서 되 돌아오는 경우가 일반적입니다.