G Jokapäiväisessä elämässämme on hyvin yleistä nähdä aineita ns. Kolmessa aineen tilassa (aggregaatio tai fyysinen), jotka ovat: kiinteä, nestemäinen ja kaasu. On kuitenkin olemassa aineen neljäs fyysinen tila, se ei ole niin yleistä täällä maan päällä, mutta kummallakin tavalla uskotaan 99% kaikesta maailmankaikkeudessa olevasta on tässä neljännessä tilassa, jota kutsutaan plasma.
Plasman muodostamiseksi on välttämätöntä, että kaasumaisessa tilassa oleva aine kuumennetaan erittäin korkeaksi, kuten tapahtuu, esimerkiksi tähtien ytimessä, kuten Aurinko, jossa niiden pinnalla on tiettyjä alueita, jotka ovat suunnilleen 84 000 ° C.
Plasma on noin 84000 ° C: n lämpötilassa tietyillä auringon pinnan alueilla
Tämä korkea lämpötila saa kaasumolekyylit hajoamaan muodostaen vapaita atomeja, jotka puolestaan menettävät ja hankkivat elektroneja ja tuottavat ioneja. Joten voimme sanoa että plasma muodostuu kuumasta ja tiheästä vapaiden atomien, elektronien ja ionien joukosta jakautumassa melkein neutraali (positiivisten ja negatiivisten hiukkasten määrä on käytännössä sama), joilla on käyttäytymistä kollektiivinen.
Jotkut saattavat sanoa, että plasma ei itse asiassa ole aineen neljäs tila, mutta koska se on ionisoitua kaasua, se on kaasumaisessa tilassa. On totta, että plasmalla, kuten kaasuilla, ei ole määriteltyä muotoa ja tilavuutta, kun oletetaan sitä sisältävän astian muoto ja tilavuus. Plasmassa on kuitenkin muita ominaisuuksia, jotka todella erottavat sen muista aggregaatiotiloista.
Esimerkiksi koska siinä on varautuneita hiukkasia, plasma on a sähköjohdin, reagoimalla voimakkaasti sähkömagneettisiin kenttiin ja muodostamalla rakenteita, kuten filamentteja, säteitä ja kaksikerroksisia; näin ei ole kaasuissa.
On myös mielenkiintoista, että plasma ei vain reagoi, vaan myös tuottaa magneettikenttiä. Tämä johtuu siitä, että sen sisällä muodostuu sähkövirta vapaiden elektroniensa ansiosta, ja Amperen lain mukaan muodostuu sähkömagneettinen kenttä. Elektronit liikkuvat myös pyöreällä tavalla plasman magneettikentän mukaan, ja lämpötilan ollessa erittäin korkea, tämä liike voi aiheuttaa sähkömagneettisten aaltojen emissiota. Esimerkki näistä erittäin voimakkaista magneettikentistä, joita voimme havaita, on auringon lämpökonvektiosarakkeiden muodostuminen, jotka aiheuttavat auringonpilkkuja, aurinkotuulet jne.
Täällä maan päällä plasmaa esiintyy vain erityistilanteissa. Ensimmäinen kerta, kun se kuvattiin, oli Crookes-ampulli, kehitti englantilainen fyysikko Willian Crookes (1832-1919) 1850-luvulla, kutsutaan myös katodisädeputki. Se on lasiputki, joka on täytetty matalalla paineella olevilla kaasuilla ja jossa on elektrodeja, toisin sanoen negatiivinen napa (katodi) ja positiivinen napa (anodi), jotka on kytketty generaattoriin.
Älä lopeta nyt... Mainonnan jälkeen on enemmän;)
Kun ampullissa olevaan kaasuun kohdistetaan korkea jännite, havaitaan katodista tulevien säteiden muodostuminen, joita kutsuttiin katodisäteet ja tuottavat vihertävän fluoresenssin, kun ne osuvat ampullin lasiseinään. Siten plasma muodostuu Crookesin ampullissa.
Crookes-ampullin kuva 1
Englantilainen fyysikko J. J. Thomson (1856-1940) käytti myöhemmin tätä lamppua elektronin löytämiseen. Katso tästä lisää tekstistä Thomsonin kokeilu sähköpurkauksilla. Vuonna 1928 Irving Langmuir hän kutsui näitä katodisäteitä "plasmaksi", koska sähköisten päästöjen plasma kykenee muotoutumaan itse putkiin, joissa ne syntyvät.
Irving Langmuir käytti ensimmäisenä termiä "plasma"
Toinen esimerkki plasman esiintymisestä täällä Maan alueella tapahtuu ydinfuusioreaktorit, tunnetuin on Tokamak, Princetonista, Yhdysvalloista, joka toimii 100 miljoonan celsiusasteen lämpötilassa, joka saavutetaan hallituilla fissioreaktioilla. Plasma on loukussa sisällä, jossa on kontrolloitu vety- ja helium-isotooppien lämpöydinfuusio, mikä tuottaa valtavan määrän energiaa. Nämä samat fuusioreaktiot tapahtuvat Auringolla.
Kuva Tokamak-tyyppisen reaktorin sisätilasta, jonka läpi plasma kulkee2
Jokapäiväisessä elämässä näemme esimerkin plasmasta loistelamput ja prosessissa sterilointi. plasmalamput, kuten alla oleva, voi ostaa nimellä matkamuisto.
Klo Austral ja boreaaliset aurorat ne ovat seurausta atomien ja molekyylien virityksestä ilmakehässä, kun ne pommitetaan varautuneista hiukkasista, jotka karkotetaan auringosta ja joita geomagneettinen kenttä taipuu, mikä on siis luonnollista plasmaa.
* Kuvahyvitykset:
[1] Kirjoittaja: D-Kuru / Wikimedia Commons, Lisenssi: CC-BY-SA-3.0-AT
[2] Kirjoittaja: Mike Garrett/Wikimedia Commons
Kirjailija: Jennifer Fogaça
Valmistunut kemian alalta
