V našem každodenním životě je velmi běžné vidět látky v takzvaných třech stavech (agregaci nebo fyzickém) hmoty, které jsou: pevné, kapalné a plynné. Existuje však a čtvrtý fyzický stav hmoty, což zde na Zemi není tak běžné, ale kupodivu se tomu věří 99% vše, co existuje ve vesmíru, je v tomto čtvrtém stavu, který se nazývá plazma.
K vytvoření plazmy je nutné, aby se hmota v plynném stavu zahřívala na velmi vysoké teploty, jak se to stane, například v jádru hvězd, jako je naše Slunce, kde jsou určité oblasti jejich povrchu, které jsou přibližně 84 000 ° C.
Plazma má v určitých oblastech slunečního povrchu teplotu přibližně 84 000 ° C
Tato vysoká teplota způsobuje, že se molekuly plynu rozpadají a tvoří volné atomy, které zase ztrácejí a získávají elektrony a generují ionty. Takže můžeme říci že plazma je tvořena horkou a hustou sadou volných atomů, elektronů a iontů, v distribuci téměř neutrální (počet pozitivních a negativních částic je prakticky stejný), které mají chování kolektivní.
Někdo by mohl říci, že plazma není ve skutečnosti čtvrtým stavem hmoty, ale protože se jedná o ionizovaný plyn, je v plynném stavu. Je pravda, že stejně jako plyny, ani plazma nemá žádný definovaný tvar a objem, za předpokladu tvaru a objemu nádoby, která ji obsahuje. Plazma má však jiné vlastnosti, které ji skutečně odlišují od jiných stavů agregace.
Například, protože má nabité částice, plazma je a elektrický vodič, silně reagující na elektromagnetická pole a vytvářející struktury, jako jsou vlákna, paprsky a dvojité vrstvy; u plynů to tak není.
Je také zajímavé, že plazma nejen reaguje, ale také generuje magnetické pole. Je to proto, že uvnitř se tvoří elektrický proud díky jeho volným elektronům a podle Ampérova zákona se vytváří elektromagnetické pole. Elektrony se také pohybují kruhovým způsobem podle magnetického pole plazmy a při velmi vysoké teplotě může tento pohyb způsobit vyzařování elektromagnetických vln. Příkladem těchto extrémně intenzivních magnetických polí, které můžeme pozorovat, je tvorba konvekčních sloupců tepla ze Slunce, z nichž vznikají sluneční skvrny, sluneční větry atd.
Tady na Zemi se plazma vyskytuje pouze ve zvláštních situacích. Poprvé to bylo popsáno při vytváření Ampule Crookes, vyvinutý anglickým fyzikem Willianem Crookem (1832-1919) v padesátých letech 20. století, nazývaný také katodová trubice. Jedná se o skleněnou trubici naplněnou plyny za nízkého tlaku, která má elektrody, tj. Záporný pól (katoda) a kladný pól (anoda) připojené k generátoru.
Nepřestávejte... Po reklamě je toho víc;)
Když je na plyn obsažený v ampulce přivedeno vysoké napětí, je pozorována tvorba paprsků vycházejících z katody, které se nazývají katodové paprsky a vytvářejí zelenkavou fluorescenci, když narazí na skleněnou stěnu ampule. Plazma je tedy generována v Crookesově ampulce.
Obrázek ampule Crookes 1
Anglický fyzik J. J. Thomson (1856-1940) později použil tuto žárovku k objevení elektronu. Více o tom v textu Thomsonův experiment s elektrickými výboji. V roce 1928 Irving Langmuir nazval tyto katodové paprsky „plazmou“ kvůli schopnosti plazmy elektrických výbojů formovat se do trubic, kde jsou generovány.
Irving Langmuir jako první použil výraz „plazma“
Další příklad výskytu plazmy zde na Zemi se vyskytuje v reaktory pro jadernou fúzi, z nichž nejznámější je Tokamak z amerického Princetonu, který pracuje při teplotě 100 milionů stupňů Celsia, čehož je dosaženo řízenými štěpnými reakcemi. Plazma je uvězněna uvnitř, kde dochází k řízené termonukleární fúzi lehkých izotopů vodíku a hélia a generuje kolosální množství energie. Stejné fúzní reakce probíhají na Slunci.
Obrázek vnitřku reaktoru typu Tokamak, kterým prochází plazma2
V každodenním životě vidíme příklad plazmy v zářivky a v procesech sterilizace. plazmové lampy, stejně jako níže uvedený, lze zakoupit jako suvenýr.
Na Australské a boreální polární záře jsou výsledkem excitace atomů a molekul v atmosféře, když jsou bombardovány nabitými částicemi vypuzenými ze Slunce a odkloněny geomagnetickým polem, a jsou tedy přirozenými plazmy.
* Obrázkové kredity:
[1] Autor: D-Kuru / Wikimedia Commons, Licence: CC-BY-SA-3.0-AT
[2] Autor: Mike Garrett/Wikimedia Commons
Autor: Jennifer Fogaça
Vystudoval chemii
