Vremena kada smo plazmu povezivali s nečim nestvarnim, neshvatljivim, fantastičnim, davno su prošla. Danas se ovaj koncept aktivno koristi. Plazma se koristi u industriji. Najviše se koristi u rasvjeti. Primjer su plinske svjetiljke koje osvjetljavaju ulice. Ali prisutan je i u fluorescentnim svjetiljkama. Također je u elektro zavarivanju. Uostalom, zavarivački luk je plazma koju stvara plazma gorionik. Moglo bi se navesti mnogo drugih primjera.
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 sasvim jasna. Stanje plazme je takvo stanje tvari kada potonje ima značajan (srazmjeran ukupnom broju čestica) broj nabijenih čestica (nosača) koje se mogu manje-više slobodno kretati unutar tvari. Mogu se razlikovati sljedeće glavne vrste plazme u fizici. Ako nosači pripadaju česticama istog tipa (ičestice suprotnog naboja, neutralizirajući sustav, nemaju slobodu kretanja), naziva se jednokomponentnim. Inače je - dvokomponentni ili višekomponentni.
Plasma značajke
Dakle, ukratko smo opisali koncept plazme. Fizika je egzaktna znanost, stoga su definicije ovdje neizostavne. Recimo sada o glavnim značajkama ovog stanja materije.
Svojstva plazme u fizici su sljedeća. Prije svega, u tom stanju, pod djelovanjem već malih elektromagnetskih sila, nastaje gibanje nosača – struje koja na taj način teče sve dok te sile ne nestanu zbog ekraniranja njihovih izvora. Stoga plazma na kraju prelazi u stanje u kojem je kvazineutralna. Drugim riječima, njegovi volumeni, veći od neke mikroskopske vrijednosti, imaju nula naboja. Druga značajka plazme povezana je s dalekometnom prirodom Coulombovih i Amperovih sila. Sastoji se u činjenici da gibanja u ovom stanju u pravilu imaju kolektivni karakter, uključujući veliki broj nabijenih čestica. To su osnovna svojstva plazme u fizici. Bilo bi ih korisno zapamtiti.
Obje ove značajke dovode do činjenice da je fizika plazme neobično bogata i raznolika. Njegova najupečatljivija manifestacija je lakoća pojave raznih vrsta nestabilnosti. Oni su ozbiljna prepreka koja ometa praktičnu primjenu plazme. Fizika je znanost koja se neprestano razvija. Stoga se može nadati da će s vremenom ove preprekebit će eliminiran.
Plazma u tekućinama
Okrećemo se konkretnim primjerima struktura, počnimo s razmatranjem podsustava plazme u kondenziranoj tvari. Od tekućina treba prije svega imenovati tekuće metale – primjer kojemu odgovara plazma podsustav – jednokomponentnu plazmu nositelja elektrona. Strogo govoreći, kategorija koja nas zanima trebala bi uključivati i tekućine elektrolita u kojima postoje nosači - ioni oba znaka. Međutim, iz raznih razloga, elektroliti nisu uključeni u ovu kategoriju. Jedna od njih je da u elektrolitu nema svjetlosnih, mobilnih nosača, poput elektrona. Stoga su gornja svojstva plazme izražena mnogo slabije.
Plazma u kristalima
Plazma u kristalima ima poseban naziv - plazma u čvrstom stanju. U ionskim kristalima, iako postoje naboji, oni su nepomični. Dakle, nema plazme. U metalima su to elektroni vodljivosti koji čine jednokomponentnu plazmu. Njegov je naboj kompenziran nabojem nepokretnih (točnije, nesposobnih kretati se na velike udaljenosti) iona.
Plazma u poluvodičima
S obzirom na osnove fizike plazme, treba napomenuti da je situacija u poluvodičima raznolikija. Ukratko ga okarakterizirajmo. Jednokomponentna plazma u tim tvarima može nastati ako se u njih unesu odgovarajuće nečistoće. Ako nečistoće lako doniraju elektrone (donore), tada se pojavljuju nosači n-tipa - elektroni. Ako nečistoće, naprotiv, lako oduzimaju elektrone (akceptore), tada nastaju nosioci p-tipa- rupe (prazna mjesta u raspodjeli elektrona), koje se ponašaju poput čestica s pozitivnim nabojem. Dvokomponentna plazma koju čine elektroni i rupe nastaje u poluvodičima na još jednostavniji način. Na primjer, pojavljuje se pod djelovanjem svjetlosnog pumpanja, koje izbacuje elektrone iz valentnog pojasa u vodljivi pojas. Napominjemo da pod određenim uvjetima, elektroni i rupe međusobno privučeni mogu formirati vezano stanje slično atomu vodika - eksciton, a ako je pumpanje intenzivno i gustoća ekscitona velika, tada se spajaju i tvore kap tekućine elektronskih rupa. Ponekad se takvo stanje smatra novim stanjem materije.
Jonizacija plina
Navedeni primjeri odnosili su se na posebne slučajeve stanja plazme, a plazma u svom čistom obliku naziva se ionizirani plin. Mnogi čimbenici mogu dovesti do njegove ionizacije: električno polje (plinsko pražnjenje, grmljavina), svjetlosni tok (fotoionizacija), brze čestice (zračenje radioaktivnih izvora, kozmičke zrake, koje su otkrivene povećanjem stupnja ionizacije s visinom). Međutim, glavni čimbenik je zagrijavanje plina (toplinska ionizacija). U ovom slučaju, odvajanje elektrona od atoma dovodi do sudara s potonjom druge čestice plina, koja ima dovoljnu kinetičku energiju zbog visoke temperature.
Plazma visoke i niske temperature
Fizika niskotemperaturne plazme je ono s čime dolazimo u kontakt gotovo svaki dan. Primjeri takvog stanja su plamen,tvar u plinskom pražnjenju i munjama, razne vrste plazme hladnog svemira (iono- i magnetosfere planeta i zvijezda), radna tvar u raznim tehničkim uređajima (MHD generatori, plazma motori, plamenici itd.). Primjeri visokotemperaturne plazme su materija zvijezda u svim fazama njihove evolucije, osim u ranom djetinjstvu i starosti, radna tvar u kontroliranim termonuklearnim fuzijskim postrojenjima (tokamaci, laserski uređaji, snop uređaji, itd.).
Četvrto stanje materije
Prije stoljeće i pol mnogi su fizičari i kemičari vjerovali da se materija sastoji samo od molekula i atoma. Kombiniraju se u kombinacijama ili potpuno nesređene ili više ili manje uređene. Vjerovalo se da postoje tri faze - plinovita, tekuća i čvrsta. Tvari ih prihvaćaju pod utjecajem vanjskih uvjeta.
Međutim, trenutno možemo reći da postoje 4 stanja materije. To je plazma koja se može smatrati novom, četvrtom. Njegova razlika od kondenziranog (krutog i tekućeg) stanja leži u činjenici da, poput plina, nema ne samo posmičnu elastičnost, već i fiksni volumen. S druge strane, plazmi je zajedničko sa kondenziranim stanjem prisutnost kratkog reda, tj. korelacija položaja i sastava čestica uz dani naboj plazme. U ovom slučaju, takvu korelaciju ne stvaraju intermolekularne, već Coulombove sile: dati naboj odbija sa sobom naboje istog imena i privlači suprotne.
Fiziku plazme smo ukratko pregledali. Ova tema je prilično obimna, pa možemo samo reći da smo otkrili njezine osnove. Fizika plazme svakako zaslužuje daljnje razmatranje.
