De tider, hvor vi associerede plasma med noget uvirkeligt, uforståeligt, fantastisk, er for længst forbi. I dag bruges dette koncept aktivt. Plasma bruges i industrien. Det er mest udbredt i lysteknik. Et eksempel er gasudladningslamper, der oplyser gaderne. Men det er også til stede i lysstofrør. Det er også i elektrisk svejsning. Når alt kommer til alt, er svejsebuen et plasma genereret af en plasmabrænder. Mange andre eksempler kunne gives.
Plasmafysik er en vigtig gren af videnskaben. Derfor er det værd at forstå de grundlæggende begreber relateret til det. Dette er, hvad vores artikel er dedikeret til.
Definition og typer af plasma
Hvad er plasma? Definitionen i fysik er ret klar. En plasmatilstand er en sådan tilstand af stof, når sidstnævnte har et betydeligt (svarende til det samlede antal partikler) antal ladede partikler (bærere), der mere eller mindre frit kan bevæge sig inde i stoffet. Der kan skelnes mellem følgende hovedtyper af plasma i fysik. Hvis bærerne tilhører partikler af samme type (ogpartikler af modsat ladning, neutraliserer systemet, har ikke bevægelsesfrihed), kaldes det en-komponent. Ellers er det - to- eller multikomponent.
Plasmafunktioner
Så vi har kort beskrevet begrebet plasma. Fysik er en eksakt videnskab, så definitioner er uundværlige her. Lad os nu fortælle om hovedtrækkene i denne materietilstand.
Plasmaegenskaber i fysik er som følger. Først og fremmest, i denne tilstand, under påvirkning af allerede små elektromagnetiske kræfter, opstår bevægelsen af bærere - en strøm, der flyder på denne måde, indtil disse kræfter forsvinder på grund af screeningen af deres kilder. Derfor går plasmaet til sidst over i en tilstand, hvor det er quasi-neutr alt. Med andre ord har dens volumener, større end en mikroskopisk værdi, ingen ladning. Det andet træk ved plasma er relateret til Coulomb- og Ampère-styrkernes langrækkende natur. Det består i, at bevægelser i denne tilstand som regel har en kollektiv karakter, der involverer et stort antal ladede partikler. Disse er de grundlæggende egenskaber ved plasma i fysik. Det ville være nyttigt at huske dem.
Begge disse funktioner fører til, at plasmafysikken er usædvanlig rig og mangfoldig. Dens mest slående manifestation er, hvor let det er at opstå forskellige former for ustabilitet. De er en alvorlig hindring, der hindrer den praktiske anvendelse af plasma. Fysik er en videnskab, der konstant udvikler sig. Derfor kan man håbe, at disse forhindringer over tidvil blive elimineret.
Plasma i væsker
Når vi vender os til specifikke eksempler på strukturer, så lad os starte med overvejelserne om plasmaundersystemer i kondenseret stof. Blandt væsker bør man først og fremmest nævne flydende metaller - et eksempel som plasmaundersystemet svarer til - et enkeltkomponentplasma af elektronbærere. Strengt taget bør kategorien af interesse for os også omfatte elektrolytvæsker, hvori der er bærere - ioner af begge tegn. Men af forskellige årsager er elektrolytter ikke inkluderet i denne kategori. En af dem er, at der ikke er lette, mobile bærere, såsom elektroner, i elektrolytten. Derfor er ovenstående plasmaegenskaber udtrykt meget svagere.
Plasma i krystaller
Plasma i krystaller har et særligt navn - faststofplasma. I ioniske krystaller, selvom der er ladninger, er de ubevægelige. Derfor er der ingen plasma. I metaller er disse ledningselektroner, der udgør et en-komponent plasma. Dens ladning kompenseres af ladningen af immobile (mere præcist, ude af stand til at flytte lange afstande) ioner.
Plasma i halvledere
I betragtning af det grundlæggende i plasmafysik, skal det bemærkes, at situationen i halvledere er mere forskelligartet. Lad os kort karakterisere det. Et en-komponent plasma i disse stoffer kan opstå, hvis passende urenheder indføres i dem. Hvis urenheder let donerer elektroner (donorer), så opstår n-type bærere - elektroner. Hvis urenheder derimod let fjerner elektroner (acceptorer), opstår der p-type bærere- huller (tomme steder i fordelingen af elektroner), som opfører sig som partikler med positiv ladning. Et to-komponent plasma dannet af elektroner og huller opstår i halvledere på en endnu enklere måde. For eksempel vises det under påvirkning af lyspumpning, som kaster elektroner fra valensbåndet ind i ledningsbåndet. Vi bemærker, at under visse forhold kan elektroner og huller, der er tiltrukket af hinanden, danne en bundet tilstand, der ligner et brintatom - en exciton, og hvis pumpningen er intens, og tætheden af excitoner er høj, smelter de sammen og danner en dråbe. af elektron-hul væske. Nogle gange betragtes en sådan tilstand som en ny stoftilstand.
Gasionisering
Ovenstående eksempler refererede til specielle tilfælde af plasmatilstanden, og plasma i sin rene form kaldes ioniseret gas. Mange faktorer kan føre til dets ionisering: elektrisk felt (gasudladning, tordenvejr), lysflux (fotoionisering), hurtige partikler (stråling fra radioaktive kilder, kosmiske stråler, som blev opdaget ved at øge graden af ionisering med højden). Hovedfaktoren er dog opvarmningen af gassen (termisk ionisering). I dette tilfælde fører adskillelsen af en elektron fra et atom til en kollision med sidstnævnte af en anden gaspartikel, som har tilstrækkelig kinetisk energi på grund af høj temperatur.
Høj- og lavtemperaturplasma
Fysik af lavtemperaturplasma er det, vi kommer i kontakt med næsten hver dag. Eksempler på en sådan tilstand er flammer,stof i en gasudladning og lynnedslag, forskellige typer koldt rumplasma (iono- og magnetosfærer af planeter og stjerner), arbejdsstof i forskellige tekniske enheder (MHD-generatorer, plasmamotorer, brændere osv.). Eksempler på højtemperaturplasma er spørgsmålet om stjerner på alle stadier af deres udvikling, undtagen tidlig barndom og alderdom, arbejdsstoffet i kontrollerede termonukleære fusionsfaciliteter (tokamaks, laseranordninger, stråleanordninger osv.).
Materiens fjerde tilstand
For halvandet århundrede siden troede mange fysikere og kemikere, at stof kun består af molekyler og atomer. De er kombineret i kombinationer enten helt uordnede eller mere eller mindre ordnede. Det blev antaget, at der er tre faser - gasformig, flydende og fast. Stoffer accepterer dem under indflydelse af eksterne forhold.
I øjeblikket kan vi dog sige, at der er 4 stoftilstande. Det er plasma, der kan betragtes som nyt, det fjerde. Dens forskel fra de kondenserede (faste og flydende) tilstande ligger i, at den, ligesom en gas, ikke kun har forskydningselasticitet, men også et fast volumen. På den anden side har et plasma til fælles med en kondenseret tilstand tilstedeværelsen af kortrækkende orden, dvs. korrelationen mellem positionerne og sammensætningen af partikler, der støder op til en given plasmaladning. I dette tilfælde genereres en sådan korrelation ikke af intermolekylære, men af Coulomb-kræfter: en given ladning frastøder ladninger af samme navn med sig selv og tiltrækker modsatte.
Plasmafysik blev kort gennemgået af os. Dette emne er ret omfangsrigt, så vi kan kun sige, at vi har afsløret dets grundlæggende. Plasmafysik fortjener bestemt yderligere overvejelse.
