في حياتنا اليومية ، من الشائع جدًا أن نرى المواد في ما يسمى بالحالات الثلاث (التجميع أو الفيزيائية) للمادة ، وهي: الصلبة والسائلة والغازية. ومع ذلك ، هناك ملف الحالة الفيزيائية الرابعة للمادة ، هذا ليس شائعًا هنا على الأرض ، ولكن الغريب أنه يعتقد أن 99% من كل شيء موجود في الكون في هذه الحالة الرابعة ، تسمى بلازما.
من أجل تكوين البلازما ، من الضروري تسخين المادة في الحالة الغازية إلى درجات حرارة عالية جدًا ، كما يحدث ، عن طريق على سبيل المثال ، في قلب النجوم ، مثل شمسنا ، حيث توجد مناطق معينة من سطحها تقريبًا 84000 درجة مئوية.
تبلغ درجة حرارة البلازما حوالي 84000 درجة مئوية في مناطق معينة من سطح الشمس
تؤدي درجة الحرارة المرتفعة هذه إلى تفكك جزيئات الغاز ، وتشكيل الذرات الحرة ، والتي بدورها تفقد الإلكترونات وتكتسبها ، وتولد الأيونات. لذلك يمكننا القول تتكون هذه البلازما من مجموعة ساخنة وكثيفة من الذرات والإلكترونات والأيونات الحرة في توزيع محايد تقريبًا (عدد الجسيمات الموجبة والسالبة متساوٍ عمليًا) ، والتي لها سلوك جماعي.
قد يقول البعض أن البلازما ليست في الواقع حالة رابعة للمادة ، ولكن نظرًا لأنها غاز مؤين ، فهي في حالة غازية. صحيح تمامًا أن البلازما ، مثل الغازات ، ليس لها شكل وحجم محددان ، بافتراض شكل وحجم الحاوية التي تحتوي عليها. ومع ذلك ، فإن البلازما لها خصائص أخرى تميزها حقًا عن حالات التجمع الأخرى.
على سبيل المثال ، نظرًا لأنه يحتوي على جزيئات مشحونة ، فإن البلازما هي أ موصل كهربائي، يستجيب بقوة للمجالات الكهرومغناطيسية وتشكيل الهياكل مثل الخيوط والأشعة والطبقات المزدوجة ؛ هذا ليس هو الحال مع الغازات.
من المثير للاهتمام أيضًا أن البلازما لا تتفاعل فقط ، ولكن أيضًا يولد مجالات مغناطيسية. هذا لأن تيارًا كهربائيًا يتشكل داخله ، بفضل إلكتروناته الحرة ، ووفقًا لقانون أمبير ، يتشكل مجال كهرومغناطيسي. تتحرك الإلكترونات أيضًا بشكل دائري وفقًا للمجال المغناطيسي للبلازما ، ومع ارتفاع درجة الحرارة جدًا ، يمكن أن تتسبب هذه الحركة في انبعاث موجات كهرومغناطيسية. مثال على هذه المجالات المغناطيسية الشديدة التي يمكننا ملاحظتها هو تكوين أعمدة حرارية من الشمس ، مما يؤدي إلى ظهور البقع الشمسية والرياح الشمسية وما إلى ذلك.
هنا على الأرض ، تحدث البلازما فقط في حالات خاصة. كانت المرة الأولى التي تم وصفها في إنشاء أمبولة كروكس, طوره الفيزيائي الإنجليزي ويليان كروكس (1832-1919) في خمسينيات القرن التاسع عشر ، ويسمى أيضًا أنبوب أشعة الكاثود. إنه أنبوب زجاجي مملوء بالغازات عند ضغط منخفض وله أقطاب كهربائية ، أي قطب سالب (كاثود) وقطب موجب (أنود) متصل بمولد.
لا تتوقف الان... هناك المزيد بعد الإعلان ؛)
عندما يتم تطبيق جهد عالي على الغاز الموجود في الأمبولة ، يتم ملاحظة تكوين الأشعة القادمة من الكاثود ، والتي كانت تسمى أشعة الكاثود وتنتج مضانًا مخضرًا عندما تضرب الجدار الزجاجي للأمبولة. وهكذا ، يتم إنشاء البلازما في أمبولة كروكس.
صورة كروكس أمبول 1
قام الفيزيائي الإنجليزي ج. ج. استخدم طومسون (1856-1940) فيما بعد هذا المصباح الكهربائي لاكتشاف الإلكترون. انظر المزيد حول هذا في النص تجربة طومسون مع التفريغ الكهربائي. في عام 1928 ، ايرفينغ لانجموير أطلق على أشعة الكاثود اسم "البلازما" بسبب قدرة بلازما التفريغ الكهربائي على تشكيل نفسها في الأنابيب حيث يتم توليدها.
كان إيرفينغ لانجموير أول من استخدم مصطلح "بلازما"
مثال آخر لحدوث البلازما هنا على الأرض يحدث في مفاعلات الاندماج النووي، وأشهرها التوكاماك ، من برينستون ، الولايات المتحدة ، والتي تعمل عند درجة حرارة 100 مليون درجة مئوية ، والتي تتحقق من خلال تفاعلات الانشطار المتحكم فيها. يتم احتجاز البلازما في الداخل ، حيث يتم التحكم في اندماج نووي حراري لنظائر الضوء من الهيدروجين والهيليوم ، مما يولد كمية هائلة من الطاقة. تحدث تفاعلات الاندماج هذه نفسها على الشمس.
صورة لمفاعل من نوع توكاماك يمر من خلاله البلازما2
في الحياة اليومية ، نرى مثالاً على البلازما في مصابيح فلورسنت وفي عمليات تعقيم. مصابيح البلازما، مثل ذلك الموضح أدناه ، يمكن شراؤه باسم تذكار.
في أوسترال والشفق القطبي الشمالي إنها نتيجة إثارة الذرات والجزيئات في الغلاف الجوي ، عند قصفها بجسيمات مشحونة طردت من الشمس وانحرفت عن طريق المجال المغنطيسي الأرضي ، وبالتالي فهي بلازما طبيعية.
* اعتمادات الصورة:
[1] المؤلف: D-Kuru / ويكيميديا كومنز، رخصة: CC-BY-SA-3.0-AT
[2] المؤلف: مايك جاريت/ويكيميديا كومنز
بقلم جينيفر فوغاسا
تخرج في الكيمياء
