Azok az idők, amikor a plazmát valami valószerűtlenhez, felfoghatatlanhoz, fantasztikushoz társítottuk, rég elmúltak. Ma ezt a koncepciót aktívan használják. A plazmát az iparban használják. Leggyakrabban a világítástechnikában használják. Ilyen például az utcákat megvilágító gázkisüléses lámpák. De a fénycsövekben is jelen van. Elektromos hegesztésben is szerepel. Végül is a hegesztőív egy plazmapisztoly által generált plazma. Sok más példát is lehetne mondani.
A plazmafizika a tudomány fontos ága. Ezért érdemes megérteni a vele kapcsolatos alapfogalmakat. Cikkünket ennek szenteljük.
A plazma meghatározása és típusai
Mi az a plazma? A fizikában a definíció elég egyértelmű. A plazmaállapot az az anyagállapot, amikor az utóbbi jelentős (az összes részecskék számával arányosan) számú töltött részecskét (hordozót) tartalmaz, amelyek többé-kevésbé szabadon mozoghatnak az anyag belsejében. A fizikában a következő fő plazmatípusok különböztethetők meg. Ha a hordozók azonos típusú részecskékhez tartoznak (ésellentétes töltésű részecskék, amelyek semlegesítik a rendszert, nem rendelkeznek mozgásszabadsággal), egykomponensűnek nevezik. Ellenkező esetben - két- vagy többkomponensű.
Plazma jellemzői
Tehát, röviden leírtuk a plazma fogalmát. A fizika egzakt tudomány, ezért itt a definíciók nélkülözhetetlenek. Most beszéljünk ennek az anyagállapotnak a főbb jellemzőiről.
A plazma tulajdonságai a fizikában a következők. Először is, ebben az állapotban, már kis elektromágneses erők hatására, a hordozók mozgása keletkezik - olyan áram, amely így folyik, amíg ezek az erők forrásaik átvilágítása miatt eltűnnek. Ezért a plazma végül olyan állapotba kerül, ahol kvázi semleges. Más szóval, a térfogata, amely nagyobb, mint néhány mikroszkopikus érték, nulla töltést jelent. A plazma második jellemzője a Coulomb- és Ampère-erők nagy hatótávolságával kapcsolatos. Abból a tényből áll, hogy az ebben az állapotban lévő mozgások általában kollektív jellegűek, és nagyszámú töltött részecskét érintenek. Ezek a plazma alapvető tulajdonságai a fizikában. Hasznos lenne megjegyezni őket.
Mindkét jellemző azt a tényt eredményezi, hogy a plazmafizika szokatlanul gazdag és változatos. Legszembetűnőbb megnyilvánulása a különféle instabilitások könnyű előfordulása. Komoly akadályt jelentenek a plazma gyakorlati alkalmazásában. A fizika egy olyan tudomány, amely folyamatosan fejlődik. Ezért remélhető, hogy idővel ezek az akadályokmegszűnik.
Plazma folyadékokban
A szerkezetek konkrét példáira térve, kezdjük a kondenzált anyag plazma alrendszereinek vizsgálatával. A folyadékok közül mindenekelőtt a folyékony fémeket kell megnevezni - egy példa, amelyre a plazma alrendszer felel meg - az elektronhordozók egykomponensű plazmája. Szigorúan véve a számunkra érdekes kategóriának tartalmaznia kell azokat az elektrolitfolyadékokat is, amelyekben mindkét előjelű hordozók - ionok - vannak. Különféle okok miatt azonban az elektrolitok nem tartoznak ebbe a kategóriába. Az egyik az, hogy az elektrolitban nincsenek fény, mobil hordozók, például elektronok. Ezért a fenti plazmatulajdonságok sokkal gyengébbek.
Plazma kristályokban
A kristályokban lévő plazmának különleges neve van – szilárdtest plazma. Az ionos kristályokban, bár vannak töltések, mozdulatlanok. Ezért nincs plazma. A fémekben ezek vezetési elektronok, amelyek egy egykomponensű plazmát alkotnak. Töltését a mozdulatlan (pontosabban nagy távolságra nem képes) ionok töltése kompenzálja.
Plazma a félvezetőkben
A plazmafizika alapjait figyelembe véve meg kell jegyezni, hogy a félvezetők esetében változatosabb a helyzet. Jellemezzük röviden. Ezekben az anyagokban egykomponensű plazma keletkezhet, ha megfelelő szennyeződéseket juttatnak beléjük. Ha a szennyeződések könnyen adományoznak elektronokat (donorokat), akkor n-típusú hordozók jelennek meg - elektronok. Ha éppen ellenkezőleg, a szennyeződések könnyen elvonják az elektronokat (akceptorokat), akkor p-típusú hordozók keletkeznek- lyukak (üres helyek az elektronok eloszlásában), amelyek pozitív töltésű részecskékként viselkednek. A félvezetőkben még egyszerűbb módon keletkezik az elektronokból és lyukacsokból alkotott kétkomponensű plazma. Például fényszivattyúzás hatására jelenik meg, amely a vegyértéksávból elektronokat dob a vezetési sávba. Megjegyezzük, hogy bizonyos körülmények között az egymáshoz vonzódó elektronok és lyukak a hidrogénatomhoz hasonló kötött állapotot - excitont - képezhetnek, és ha a pumpálás intenzív és az excitonok sűrűsége nagy, akkor összeolvadnak és cseppet alkotnak. az elektronlyuk folyadékból. Néha egy ilyen állapotot az anyag új halmazállapotának tekintenek.
Gázionizáció
A fenti példák a plazmaállapot speciális eseteire vonatkoztak, a plazmát pedig tiszta formájában ionizált gáznak nevezzük. Ionizációjához számos tényező vezethet: elektromos tér (gázkisülés, zivatar), fényáram (fotoionizáció), gyors részecskék (radioaktív forrásokból származó sugárzás, kozmikus sugarak, amelyeket az ionizációs fok magassággal történő növelésével fedeztek fel). A fő tényező azonban a gáz felmelegedése (termikus ionizáció). Ebben az esetben az elektron elválasztása egy atomtól ütközéshez vezet egy másik gázrészecskével, amely a magas hőmérséklet miatt elegendő mozgási energiával rendelkezik.
Magas és alacsony hőmérsékletű plazma
Az alacsony hőmérsékletű plazma fizikája az, amivel szinte minden nap találkozunk. Ilyen állapot például a lángok,gázkisülésben és villámlásban lévő anyag, különböző típusú hidegűri plazmák (bolygók és csillagok ion- és magnetoszférái), különféle műszaki eszközökben (MHD generátorok, plazmamotorok, égők stb.) működő anyag. A magas hőmérsékletű plazma példái a csillagok evolúciójának minden szakaszában, a kora gyermekkor és az idős kor kivételével, a szabályozott termonukleáris fúziós létesítményekben (tokamakok, lézeres eszközök, sugárzó eszközök stb.) működő anyag.
Az anyag negyedik állapota
Másfél évszázaddal ezelőtt sok fizikus és kémikus úgy gondolta, hogy az anyag csak molekulákból és atomokból áll. Teljesen rendezetlen vagy többé-kevésbé rendezett kombinációkban vannak kombinálva. Úgy gondolták, hogy három fázis van - gáznemű, folyékony és szilárd. Az anyagok külső körülmények hatására elfogadják őket.
Azonban jelenleg azt mondhatjuk, hogy az anyagnak 4 halmazállapota van. A plazma tekinthető újnak, a negyedik. Különbsége a kondenzált (szilárd és folyékony) halmazállapottól abban rejlik, hogy a gázhoz hasonlóan nem csak nyírórugalmassága, hanem fix térfogata is van. Másrészt a plazmában a kondenzált állapottal közös a kis hatótávolságú rend jelenléte, azaz az adott plazmatöltés melletti részecskék helyzetének és összetételének korrelációja. Ebben az esetben egy ilyen összefüggést nem az intermolekuláris, hanem a Coulomb-erők generálnak: egy adott töltés az azonos nevű töltéseket taszítja magával, és vonzza az ellentéteseket.
A plazmafizikát röviden áttekintettük. Ez a téma meglehetősen terjedelmes, így csak annyit mondhatunk, hogy felfedtük az alapjait. A plazmafizika mindenképpen további vizsgálatot érdemel.
