Vremurile în care asociam plasma cu ceva ireal, de neînțeles, fantastic, au trecut de mult. Astăzi, acest concept este utilizat în mod activ. Plasma este folosită în industrie. Este utilizat pe scară largă în ingineria luminii. Un exemplu sunt lămpile cu descărcare în gaz care iluminează străzile. Dar este prezent și în lămpile fluorescente. Este și în sudarea electrică. La urma urmei, arcul de sudare este o plasmă generată de o lanternă cu plasmă. Ar putea fi date multe alte exemple.
Fizica plasmatice este o ramură importantă a științei. Prin urmare, merită să înțelegeți conceptele de bază legate de acesta. Acesta este ceea ce îi este dedicat articolul nostru.
Definiție și tipuri de plasmă
Ce este plasma? Definiția în fizică este destul de clară. O stare de plasmă este o astfel de stare a materiei atunci când aceasta din urmă are un număr semnificativ (comensional cu numărul total de particule) de particule încărcate (purtători) care se pot mișca mai mult sau mai puțin liber în interiorul substanței. Se pot distinge următoarele tipuri principale de plasmă în fizică. Dacă purtătorii aparțin unor particule de același tip (șiparticule cu sarcină opusă, neutralizând sistemul, nu au libertate de mișcare), se numește monocomponent. În caz contrar, este - cu două sau mai multe componente.
Funcții plasma
Deci, am descris pe scurt conceptul de plasmă. Fizica este o știință exactă, așa că definițiile sunt indispensabile aici. Să spunem acum despre principalele caracteristici ale acestei stări a materiei.
Proprietățile plasmatice în fizică sunt după cum urmează. În primul rând, în această stare, sub acțiunea unor forțe electromagnetice deja mici, ia naștere mișcarea purtătorilor - un curent care circulă în acest fel până când aceste forțe dispar din cauza ecranării surselor lor. Prin urmare, plasma trece în cele din urmă într-o stare în care este cvasi-neutră. Cu alte cuvinte, volumele sale, mai mari decât o anumită valoare microscopică, au sarcină zero. A doua caracteristică a plasmei este legată de natura cu rază lungă de acțiune a forțelor Coulomb și Ampère. Constă în faptul că mișcările în această stare, de regulă, au un caracter colectiv, implicând un număr mare de particule încărcate. Acestea sunt proprietățile de bază ale plasmei în fizică. Ar fi util să le amintim.
Ambele aceste caracteristici duc la faptul că fizica plasmei este neobișnuit de bogată și diversă. Manifestarea sa cea mai frapantă este ușurința de apariție a diferitelor tipuri de instabilități. Ele reprezintă un obstacol serios care împiedică aplicarea practică a plasmei. Fizica este o știință în continuă evoluție. Prin urmare, se poate spera că în timp aceste obstacoleva fi eliminat.
Plasma în lichide
Revenind la exemple specifice de structuri, să începem cu luarea în considerare a subsistemelor de plasmă din materia condensată. Dintre lichide, ar trebui în primul rând denumirea metalelor lichide - un exemplu căruia îi corespunde subsistemul plasmă - o plasmă monocomponentă de purtători de electroni. Strict vorbind, categoria de interes pentru noi ar trebui să includă și lichidele electrolitice în care există purtători - ioni ai ambelor semne. Cu toate acestea, din diverse motive, electroliții nu sunt incluși în această categorie. Una dintre ele este că nu există purtători de lumină, mobili, cum ar fi electronii, în electrolit. Prin urmare, proprietățile plasmei de mai sus sunt exprimate mult mai slab.
Plasma în cristale
Plasma în cristale are un nume special - plasmă în stare solidă. În cristalele ionice, deși există sarcini, acestea sunt nemișcate. Prin urmare, nu există plasmă. În metale, aceștia sunt electroni de conducere care formează o plasmă cu o singură componentă. Încărcarea sa este compensată de încărcarea ionilor imobili (mai precis, incapabili să se deplaseze pe distanțe lungi).
Plasma în semiconductori
Având în vedere elementele de bază ale fizicii plasmei, trebuie remarcat faptul că situația în semiconductori este mai diversă. Să o caracterizăm pe scurt. O plasmă monocomponentă în aceste substanțe poate apărea dacă în ele sunt introduse impurități adecvate. Dacă impuritățile donează cu ușurință electroni (donatori), atunci apar purtători de tip n - electroni. Dacă impuritățile, dimpotrivă, îndepărtează cu ușurință electronii (acceptorii), atunci apar purtători de tip p- găuri (locuri goale în distribuția electronilor), care se comportă ca niște particule cu sarcină pozitivă. O plasmă cu două componente formată din electroni și găuri ia naștere în semiconductori într-un mod și mai simplu. De exemplu, apare sub acțiunea de pompare a luminii, care aruncă electroni din banda de valență în banda de conducere. Observăm că, în anumite condiții, electronii și găurile atrase unul de celăl alt pot forma o stare legată similară cu un atom de hidrogen - un exciton, iar dacă pomparea este intensă și densitatea excitonilor este mare, atunci se contopesc și formează o picătură. de lichid electron-gaură. Uneori, o astfel de stare este considerată o nouă stare a materiei.
Ionizare gaz
Exemplele de mai sus se refereau la cazuri speciale ale stării plasmei, iar plasma în forma sa pură se numește gaz ionizat. Mulți factori pot duce la ionizarea acestuia: câmp electric (descărcare gazoasă, furtună), flux luminos (fotoionizare), particule rapide (radiații din surse radioactive, raze cosmice, care au fost descoperite prin creșterea gradului de ionizare cu înălțimea). Totuși, principalul factor este încălzirea gazului (ionizare termică). În acest caz, separarea unui electron de un atom duce la o coliziune cu aceasta din urmă a unei alte particule de gaz, care are suficientă energie cinetică din cauza temperaturii ridicate.
Plasmă la temperatură în altă și joasă
Fizica plasmei la temperatură joasă este ceea ce venim în contact aproape în fiecare zi. Exemple de astfel de stare sunt flăcările,substanță într-o descărcare de gaz și fulger, diferite tipuri de plasmă spațială rece (iono- și magnetosfere de planete și stele), substanță de lucru în diverse dispozitive tehnice (generatoare MHD, motoare cu plasmă, arzătoare etc.). Exemple de plasmă la temperatură în altă sunt materia stelelor în toate etapele evoluției lor, cu excepția copilăriei timpurii și a bătrâneții, substanța de lucru în instalațiile de fuziune termonucleară controlată (tokamak-uri, dispozitive laser, dispozitive cu fascicule etc.).
A patra stare a materiei
Acum un secol și jumătate, mulți fizicieni și chimiști credeau că materia constă numai din molecule și atomi. Ele sunt combinate în combinații fie complet dezordonate, fie mai mult sau mai puțin ordonate. Se credea că există trei faze - gazoasă, lichidă și solidă. Substanțele le acceptă sub influența condițiilor externe.
Cu toate acestea, în prezent putem spune că există 4 stări ale materiei. Este plasma care poate fi considerată nouă, a patra. Diferența sa față de stările condensate (solid și lichid) constă în faptul că, ca un gaz, nu are doar elasticitate la forfecare, ci și un volum fix. Pe de altă parte, o plasmă are în comun cu o stare condensată prezența ordinului cu rază scurtă, adică corelația dintre pozițiile și compoziția particulelor adiacente unei anumite sarcini a plasmei. În acest caz, o astfel de corelație este generată nu de forțele intermoleculare, ci de forțele Coulomb: o sarcină dată respinge sarcinile cu același nume și le atrage pe cele opuse.
Fizica plasmei a fost revizuită pe scurt de noi. Acest subiect este destul de voluminos, așa că putem spune doar că i-am dezvăluit elementele de bază. Fizica plasmei merită cu siguranță o atenție suplimentară.
