Vremena kada je s plazmom bila povezananešto nestvarno, nerazumljivo, fantastično, odavno je prošlo. Danas se ovaj koncept aktivno koristi. Plazma se koristi u industriji. Najčešće se koristi u rasvjetnoj tehnici. Primjer su plinske svjetiljke koje osvjetljavaju ulice. Ali prisutan je i u fluorescentnim svjetiljkama. Nalazi se i u električnom zavarivanju. Napokon, luk za zavarivanje je plazma koju stvara plazmatron. Mogu se navesti mnogi drugi primjeri.
Fizika plazme je važna grana znanosti. Stoga je vrijedno razumjeti osnovne pojmove vezane uz to. Tome je posvećen naš članak.
Definicija i vrste plazme
Što je plazma?Definicija u fizici je data dosta jasno. Plazma je agregatno stanje kada potonje sadrži značajan (usporediv s ukupnim brojem čestica) broj nabijenih čestica (nositelja) sposobnih za više ili manje slobodno kretanje unutar tvari. Mogu se razlikovati sljedeće glavne vrste plazme u fizici. Ako nositelji pripadaju česticama iste vrste (a čestice suprotnog predznaka naboja, neutralizirajući sustav, nemaju slobodu gibanja), naziva se jednokomponentnim. U suprotnom slučaju dvo- ili višekomponentni.
Značajke plazme
Dakle, ukratko smo opisali koncept plazme. Fizika je egzaktna znanost, tako da ne možete bez definicija. Razgovarajmo sada o glavnim značajkama ovog agregatnog stanja.
Svojstva plazme u fizici su sljedeća.Prije svega, u tom stanju, pod utjecajem ionako malih elektromagnetskih sila, dolazi do kretanja nositelja - struje koja teče tako sve dok te sile ne nestanu zbog zaklona svojih izvora. Stoga plazma na kraju prelazi u stanje u kojem je kvazi-neutralna. Drugim riječima, njegovi volumeni veći od određene mikroskopske vrijednosti nemaju naboj. Druga značajka plazme povezana je s dalekometnom prirodom Coulombove i Amperove sile. Leži u činjenici da su kretanja u ovom stanju, u pravilu, kolektivne prirode, uključujući veliki broj nabijenih čestica. Ovo su osnovna svojstva plazme u fizici. Bilo bi ih korisno zapamtiti.
Obje ove značajke dovode do činjenice da fizikaplazma je neobično bogata i raznolika. Njegovo najupečatljivije očitovanje je lakoća nastanka raznih vrsta nestabilnosti. Oni su ozbiljna prepreka koja komplicira praktičnu upotrebu plazme. Fizika je znanost koja se stalno razvija. Stoga se može nadati da će s vremenom te prepreke biti eliminirane.
Plazma u tekućinama
Prelazimo na konkretne primjere struktura, počnimo s njimarazmatranje podsustava plazme u kondenziranoj tvari. Od tekućina prije svega treba spomenuti tekuće metale – primjer koji odgovara podsustavu plazme – jednokomponentnoj plazmi nositelja elektrona. Strogo govoreći, u kategoriju koja nas zanima treba uključiti tekućine elektrolita u kojima postoje nosioci - ioni oba predznaka. Međutim, iz različitih razloga, elektroliti nisu uključeni u ovu kategoriju. Jedna od njih je da elektrolit ne sadrži svjetlosne, pokretne prijenosnike poput elektrona. Stoga su gore navedena svojstva plazme puno manje izražena.
Plazma u kristalima
Plazma u kristalima ima poseban naziv -plazma čvrstog stanja. Iako ionski kristali imaju naboje, oni su nepokretni. Zato tamo nema plazme. U metalima su to elektroni vodljivosti koji čine jednokomponentnu plazmu. Njegov naboj kompenzira se nabojem nepokretnih (točnije, nesposobnih za kretanje na velike udaljenosti) iona.
Plazma u poluvodičima
S obzirom na osnove fizike plazme potrebno jeTreba napomenuti da je u poluvodičima situacija raznolikija. Opisimo ga ukratko. Jednokomponentna plazma u ovim tvarima može nastati ako se u njih unesu odgovarajuće nečistoće. Ako nečistoće lako predaju elektrone (donore), tada se pojavljuju nositelji n-tipa - elektroni. Ako nečistoće, naprotiv, lako odabiru elektrone (akceptore), tada se pojavljuju nosioci p-tipa - rupe (prazni prostori u distribuciji elektrona), koji se ponašaju kao čestice s pozitivnim nabojem. Dvokomponentna plazma, koju čine elektroni i šupljine, nastaje u poluvodičima na još jednostavniji način. Na primjer, pojavljuje se pod utjecajem pumpanja svjetlosti, koja baca elektrone iz valentnog pojasa u vodljivi pojas. Imajte na umu da pod određenim uvjetima elektroni i šupljine privučeni jedni drugima mogu stvoriti vezano stanje slično atomu vodika - eksciton, a ako je pumpanje intenzivno i gustoća ekscitona velika, tada se oni spajaju i tvore kapljicu elektron-rupna tekućina. Ponekad se ovo stanje smatra novim stanjem materije.
Ionizacija plina
Navedeni primjeri su bili za posebne slučajevestanje plazme, a plazma se u čistom obliku naziva ionizirani plin. Mnogi čimbenici mogu dovesti do njegove ionizacije: električno polje (plinsko pražnjenje, grmljavinska oluja), svjetlosni tok (fotoionizacija), brze čestice (zračenje iz radioaktivnih izvora, kozmičke zrake, koje su otkrivene povećanjem stupnja ionizacije s visinom). Međutim, glavni faktor je zagrijavanje plina (toplinska ionizacija). U ovom slučaju, elektron se odvaja od atoma sudarom s drugim česticama plina koji imaju dovoljnu kinetičku energiju zbog visoke temperature.
Plazma visokih i niskih temperatura
Fizika niskotemperaturne plazme - na čemu smoDolazimo u kontakt gotovo svaki dan. Primjeri takvog stanja su plamen, materija u plinskom izboju i munji, razne vrste hladne kozmičke plazme (iono- i magnetosfere planeta i zvijezda), radna tvar u raznim tehničkim uređajima (MHD generatori, plazma motori, plamenici itd.). ) . Primjeri visokotemperaturne plazme su tvar zvijezda u svim fazama njihove evolucije, osim u ranom djetinjstvu i starosti, radna tvar u instalacijama kontrolirane termonuklearne fuzije (tokamaci, laserski uređaji, uređaji sa snopom itd.).
Četvrto agregatno stanje
Prije stoljeće i pol mnogi fizičari i kemičarivjerovao da se materija sastoji samo od molekula i atoma. Kombiniraju se u kombinacije koje su ili potpuno nesređene ili više-manje posložene. Vjerovalo se da postoje tri faze - plinovita, tekuća i čvrsta. Tvari ih uzimaju pod utjecajem vanjskih uvjeta.
Međutim, trenutno se može reći dada postoje 4 agregatna stanja. Upravo se plazma može smatrati novom, četvrtom. Njegova razlika od kondenziranih (krutih i tekućih) stanja je u tome što, poput plina, nema ne samo elastičnost na smicanje, već i fiksni unutarnji volumen. S druge strane, plazma je povezana s kondenziranim stanjem prisutnošću reda kratkog dometa, tj. korelacijom položaja i sastava čestica u susjedstvu određenog naboja plazme. U ovom slučaju, takvu korelaciju ne generiraju intermolekularne, već Coulombove sile: dati naboj odbija naboje istog imena kao i on sam i privlači naboje istog imena.
Ukratko smo se osvrnuli na fiziku plazme. Ova tema je prilično opsežna, pa možemo samo reći da smo pokrili njezine osnove. Fizika plazme svakako zaslužuje daljnje razmatranje.
