стан плазми

стан плазми

Сонячне речовина знаходиться в стані плазми

Стан плазми практично одноголосно визнається науковим співтовариством як четвертий агрегатний стан. Навколо даного стану навіть утворилася окрема наука, що вивчає це явище - фізика плазми. Стан плазми або іонізований газ подається як набір заряджених частинок, сумарний заряд яких в будь-якому обсязі системи дорівнює нулю - квазінейтральності газ.

отримання плазми

Отримати високотемпературну плазму можна двома способами: за допомогою сильного нагріву газу, або за допомогою сильного стиснення речовини. При таких умовах електрони не здатні утримуватися на орбітах в атомах речовини, в результаті чого «сходять» з них. Таким чином виникає набір окремих позитивних частинок (протонів або ядер атомів - іонів) і електронів. За допомогою подальшого збільшення тиску або температури зі стану плазми також можна отримати кварк-глюонну плазму.

стан плазми

Плазма як четвертий агрегатний стан

Також існує газорозрядна плазма, яка виникає при газовому розряді. При проходженні електричного струму через газ, перший іонізує газ, іонізовані частинки якого є переносниками струму. Так в лабораторних умовах отримують плазму, ступінь іонізації якої можна контролювати за допомогою зміни параметрів струму. Однак, на відміну від високотемпературної плазми, газорозрядна нагрівається за рахунок струму, і тому швидко охолоджується при взаємодії з незарядженими частинками навколишнього газу.

стан плазми

Електрична дуга - іонізований квазінейтральності газ

Властивості і параметри плазми

На відміну від газу речовина в стані плазми має дуже високу електричну провідність. І хоча сумарний електричний заряд плазми зазвичай дорівнює нулю, вона значно схильна до впливу магнітного поля, яке здатне викликати протягом струменів такого речовини і розділяти його на шари, як це спостерігається на Сонці.

стан плазми

Спікули - потоки сонячної плазми

Інша властивість, яка відрізняє плазму від газу - колективна взаємодія. Якщо частки газу зазвичай стикаються по двоє, зрідка лише спостерігається зіткнення трьох частинок, то частинки плазми, в силу наявності електромагнітних зарядів, взаємодіють одночасно з декількома частинками.

Залежно від своїх параметрів плазму поділяють за такими класами:

  • За температурі: низькотемпературна - менше мільйона коливань, і високотемпературна - мільйон коливань і більш. Одна з причин існування подібного поділу полягає в тому, що лише високотемпературна плазма здатна брати участь в термоядерному синтезі.
  • Рівноважна і нерівноважна. Речовина в стані плазми, температура електронів якого значно перевищує температуру іонів, називається нерівноважної. У разі ж коли температура електронів та іонів однакова говорять про рівноважної плазмі.
  • За ступенем іонізації: високоіонізаціонная і плазма з низьким ступенем іонізації. Справа в тому, що навіть іонізований газ, 1% часток якого іонізовані, проявляє деякі властивості плазми. Однак, зазвичай плазмою називають повністю іонізований газ (100%). Прикладом речовини в такому стані є сонячне речовина. Ступінь іонізації безпосередньо залежить від температури.

застосування

Найбільше застосування плазма знайшла в світлотехніці: в газорозрядних лампах, екранах і різних газорозрядних приладах, на кшталт стабілізатора напруги або генератора надвисокочастотного (мікрохвильового) випромінювання. Повертаючись до висвітлення - все газорозрядні лампи засновані на протіканні струму через газ, що викликає іонізацію останнього. Популярний в техніці плазмовий екран являє собою набір газорозрядних камер, заповнених сильно іонізованим газом. Електричний розряд, що виникає в цьому газі породжує ультрафіолетове випромінювання, яке поглинається люмініфором і далі викликає його світіння у видимому діапазоні.

стан плазми

Пристрій плазмового екрану

Друга область застосування плазми - космонавтика, а конкретніше - плазмові двигуни. Такі двигуни працюють на основі газу, зазвичай ксенону, який сильно іонізується в газорозрядної камері. В результаті цього процесу важкі іони ксенону, які до того ж прискорюються магнітним полем, утворюють потужний потік, що створює тягу двигуна.

Найбільше ж надії покладаються на плазму - як на «паливо» для термоядерного реактора. Бажаючи повторити процеси синтезу атомних ядер, що протікають на Сонці, вчені працюють над отриманням енергії синтезу з плазми. Усередині такого реактора сильно розігріте речовина (дейтерій, тритій або навіть гелій-3) знаходиться в стані плазми, і в силу своїх електромагнітних властивостей, утримується за рахунок магнітного поля. Формування більш важких елементів з вихідної плазми відбувається з виділенням енергії.

стан плазми

Пристрій термоядерного реактора

Також плазмові прискорювачі використовуються в експериментах з фізики високих енергій.

Плазма в природі

Схожі статті