Tidene da vi assosierte plasma med noe uvirkelig, uforståelig, fantastisk, er for lengst forbi. I dag brukes dette konseptet aktivt. Plasma brukes i industrien. Det er mest brukt i lysteknikk. Et eksempel er gassutladningslamper som lyser opp gatene. Men det finnes også i lysrør. Den er også i elektrisk sveising. Tross alt er sveisebuen et plasma generert av en plasmabrenner. Mange andre eksempler kan gis.
Plasmafysikk er en viktig gren av vitenskapen. Derfor er det verdt å forstå de grunnleggende konseptene knyttet til det. Det er dette artikkelen vår er dedikert til.
Definisjon og typer plasma
Hva er plasma? Definisjonen i fysikk er ganske klar. En plasmatilstand er en slik materietilstand når sistnevnte har et betydelig (i forhold til det totale antallet partikler) antall ladede partikler (bærere) som mer eller mindre fritt kan bevege seg inne i stoffet. Følgende hovedtyper av plasma i fysikk kan skilles. Hvis bærerne tilhører partikler av samme type (ogpartikler med motsatt ladning, nøytraliserer systemet, har ikke bevegelsesfrihet), kalles det en-komponent. Ellers er det - to- eller multikomponent.
Plasmafunksjoner
Så, vi har kort beskrevet konseptet plasma. Fysikk er en eksakt vitenskap, så definisjoner er uunnværlige her. La oss nå fortelle om hovedtrekkene ved denne materietilstanden.
Plasmaegenskaper i fysikk er som følger. Først av alt, i denne tilstanden, under påvirkning av allerede små elektromagnetiske krefter, oppstår bevegelsen av bærere - en strøm som flyter på denne måten til disse kreftene forsvinner på grunn av skjermingen av kildene deres. Derfor går plasmaet til slutt over i en tilstand hvor det er tilnærmet nøytr alt. Med andre ord har volumene, større enn en mikroskopisk verdi, null ladning. Den andre egenskapen til plasma er relatert til langdistansen til Coulomb- og Ampère-styrkene. Det består i det faktum at bevegelser i denne tilstanden som regel har en kollektiv karakter, som involverer et stort antall ladede partikler. Dette er de grunnleggende egenskapene til plasma i fysikk. Det ville være nyttig å huske dem.
Begge disse funksjonene fører til at plasmafysikk er uvanlig rik og mangfoldig. Dens mest slående manifestasjon er den enkle forekomsten av ulike typer ustabilitet. De er en alvorlig hindring som hindrer den praktiske anvendelsen av plasma. Fysikk er en vitenskap som er i stadig utvikling. Derfor kan det håpes at over tid disse hindringenevil bli eliminert.
Plasma i væsker
Når vi ser på spesifikke eksempler på strukturer, la oss begynne med vurderingen av plasmaundersystemer i kondensert materie. Blant væsker bør man først og fremst nevne flytende metaller - et eksempel som plasmaundersystemet tilsvarer - et enkomponentplasma av elektronbærere. Strengt tatt bør kategorien av interesse for oss også inkludere elektrolyttvæsker der det er bærere - ioner av begge tegn. Imidlertid er elektrolytter av ulike grunner ikke inkludert i denne kategorien. En av dem er at det ikke er lette, mobile bærere, som elektroner, i elektrolytten. Derfor er plasmaegenskapene ovenfor uttrykt mye svakere.
Plasma i krystaller
Plasma i krystaller har et spesielt navn - faststoffplasma. I ioniske krystaller, selv om det er ladninger, er de ubevegelige. Derfor er det ingen plasma. I metaller er dette ledningselektroner som utgjør et en-komponent plasma. Ladningen kompenseres av ladningen av immobile (mer presist, ute av stand til å flytte lange avstander) ioner.
Plasma i halvledere
Med tanke på det grunnleggende innen plasmafysikk, bør det bemerkes at situasjonen i halvledere er mer mangfoldig. La oss kort karakterisere det. Et en-komponent plasma i disse stoffene kan oppstå hvis passende urenheter blir introdusert i dem. Hvis urenheter lett donerer elektroner (donorer), vises n-type bærere - elektroner. Hvis urenheter tvert imot lett tar bort elektroner (akseptorer), oppstår p-type bærere- hull (tomme steder i distribusjonen av elektroner), som oppfører seg som partikler med positiv ladning. Et to-komponent plasma dannet av elektroner og hull oppstår i halvledere på en enda enklere måte. For eksempel vises det under påvirkning av lyspumping, som kaster elektroner fra valensbåndet inn i ledningsbåndet. Vi legger merke til at under visse forhold kan elektroner og hull som er tiltrukket av hverandre danne en bundet tilstand som ligner på et hydrogenatom - en eksiton, og hvis pumpingen er intens og tettheten av eksitonene er høy, smelter de sammen og danner en dråpe av elektronhullsvæske. Noen ganger betraktes en slik tilstand som en ny materietilstand.
Gassionisering
Eksemplene ovenfor refererte til spesielle tilfeller av plasmatilstanden, og plasma i sin rene form kalles ionisert gass. Mange faktorer kan føre til dens ionisering: elektrisk felt (gassutladning, tordenvær), lysstrøm (fotoionisering), raske partikler (stråling fra radioaktive kilder, kosmiske stråler, som ble oppdaget ved å øke graden av ionisering med høyden). Hovedfaktoren er imidlertid oppvarmingen av gassen (termisk ionisering). I dette tilfellet fører separasjonen av et elektron fra et atom til en kollisjon med sistnevnte av en annen gasspartikkel, som har tilstrekkelig kinetisk energi på grunn av høy temperatur.
Høy- og lavtemperaturplasma
Fysikk av lavtemperaturplasma er det vi kommer i kontakt med nesten hver dag. Eksempler på en slik tilstand er flammer,stoff i en gassutslipp og lynnedslag, ulike typer kaldt romplasma (iono- og magnetosfærer av planeter og stjerner), arbeidsstoff i ulike tekniske enheter (MHD-generatorer, plasmamotorer, brennere, etc.). Eksempler på høytemperaturplasma er stjernene på alle stadier av deres utvikling, bortsett fra tidlig barndom og alderdom, arbeidsstoffet i kontrollerte termonukleære fusjonsanlegg (tokamaks, laserenheter, stråleenheter, etc.).
Materiens fjerde tilstand
For halvannet århundre siden trodde mange fysikere og kjemikere at materie bare består av molekyler og atomer. De er kombinert i kombinasjoner enten helt uordnet eller mer eller mindre ordnet. Det ble antatt at det er tre faser - gassformig, flytende og fast. Stoffer aksepterer dem under påvirkning av ytre forhold.
For øyeblikket kan vi imidlertid si at det er 4 materietilstander. Det er plasma som kan betraktes som nytt, det fjerde. Forskjellen fra de kondenserte (faste og flytende) tilstandene ligger i det faktum at den, som en gass, ikke bare har skjærelastisitet, men også et fast volum. På den annen side har et plasma til felles med en kondensert tilstand nærværet av kortdistanseorden, dvs. korrelasjonen mellom posisjonene og sammensetningen av partikler ved siden av en gitt plasmaladning. I dette tilfellet genereres en slik korrelasjon ikke av intermolekylære, men av Coulomb-krefter: en gitt ladning frastøter ladninger med samme navn med seg selv og tiltrekker seg motsatte.
Plasmafysikk ble kort gjennomgått av oss. Dette emnet er ganske omfangsrikt, så vi kan bare si at vi har avslørt det grunnleggende. Plasmafysikk fortjener absolutt ytterligere vurdering.
