בחיי היומיום שלנו, מקובל מאוד לראות חומרים במה שמכונה שלוש מצבים (צבירה או פיזית) של חומר, שהם: מוצק, נוזלי וגז. עם זאת, יש א המצב הפיזי הרביעי של החומר, זה לא כל כך נפוץ כאן על כדור הארץ, אבל באופן מוזר, מאמינים שכן 99% של כל מה שקיים ביקום נמצא במצב הרביעי הזה, שנקרא פְּלַסמָה.
כדי ליצור את הפלזמה, יש צורך שהחומר במצב הגזי יחומם לטמפרטורות גבוהות מאוד, כפי שקורה, על ידי לדוגמא, בליבת הכוכבים, כמו השמש שלנו, שם ישנם אזורים מסוימים על פני השטח שלהם שנמצאים בערך 84,000 מעלות צלזיוס.
הפלזמה נמצאת בטמפרטורה של כ- 84,000 מעלות צלזיוס באזורים מסוימים על פני השמש
הטמפרטורה הגבוהה הזו גורמת להתפרקות מולקולות הגז, ויוצרות אטומים חופשיים, אשר בתורם מאבדים וצוברים אלקטרונים ויוצרים יונים. אז אנחנו יכולים לומר שפלזמה נוצרת על ידי מערכת חמה וצפופה של אטומים חופשיים, אלקטרונים ויונים, בהתפלגות כמעט ניטרלי (מספר החלקיקים החיוביים והשליליים הוא כמעט שווה), שיש להם התנהגות קולקטיבי.
יש שיאמרו שפלזמה אינה למעשה מצב רביעי של חומר, אך מכיוון שמדובר בגז מיונן, הוא נמצא במצב גזי. נכון מאוד שכמו גזים, לפלזמה אין צורה ונפח מוגדרים, בהנחה שצורה ונפח המיכל המכיל אותה. עם זאת, לפלזמה יש תכונות אחרות שמאוד מבדילות אותה ממצבי צבירה אחרים.
לדוגמא, מכיוון שיש בו חלקיקים טעונים, פלזמה היא a מוליך חשמלי, מגיבים חזק לשדות אלקטרומגנטיים ויוצרים מבנים כגון נימים, קרניים ושכבות כפולות; זה לא המקרה של גזים.
מעניין גם שהפלזמה לא רק מגיבה, אלא גם מייצר שדות מגנטיים. הסיבה לכך היא שזרם חשמלי נוצר בתוכו, הודות לאלקטרונים החופשיים שלו, ועל פי חוק אמפר נוצר שדה אלקטרומגנטי. אלקטרונים נעים גם בצורה מעגלית בהתאם לשדה המגנטי של הפלזמה, ועם הטמפרטורה גבוהה מאוד, תנועה זו עלולה לגרום לפליטת גלים אלקטרומגנטיים. דוגמה לשדות מגנטיים עזים במיוחד אותם אנו יכולים לצפות היא היווצרות עמודי הסעה של חום מהשמש, המולידים כתמי שמש, רוחות שמש וכו '.
כאן על כדור הארץ פלזמה מתרחשת רק במצבים מיוחדים. הפעם הראשונה שתוארה הייתה ביצירת ה- אמפולה קרוקית, פותח על ידי הפיזיקאי האנגלי וויליאן קרוקס (1832-1919) בשנות ה -50, נקרא גם צינור קרן קתודה. זהו צינור זכוכית, מלא בגזים בלחץ נמוך, ובו אלקטרודות, כלומר קוטב שלילי (קתודה) וקוטב חיובי (אנודה), המחובר לגנרטור.
אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי הפרסום;)
כאשר מפעילים מתח גבוה על הגז הכלול באמפולה, נצפה היווצרות קרניים המגיעות מהקטודה שנקראו קרני קתודה ומייצרים פלואורסצנטי ירקרק כאשר הם פוגעים בדופן הזכוכית של האמפולה. לפיכך נוצרת פלזמה באמפולה של קרוקוס.
דימוי אמפולה של קרוקס 1
הפיזיקאי האנגלי י. י. תומסון (1856-1940) השתמש מאוחר יותר בנורה זו כדי לגלות את האלקטרון. ראה עוד על כך בטקסט הניסוי של תומסון בפריקות חשמל. בשנת 1928, אירווינג לנגמויר הוא כינה את קרני הקתודה הללו "פלזמה" בגלל היכולת של פלזמה של פריקות חשמל לעצב את עצמו לתוך הצינורות שבהם הם נוצרים.
אירווינג לנגמויר היה הראשון שהשתמש במונח "פלזמה"
דוגמה נוספת להופעת פלזמה כאן על כדור הארץ מתרחשת ב כורי היתוך גרעיני, הידוע שבהם הוא הטוקמאק, מפרינסטון, ארצות הברית, שעובד בטמפרטורה של 100 מיליון מעלות צלזיוס, שמושגת באמצעות תגובות ביקוע מבוקרות. הפלזמה נכלאת בפנים, שם יש מיזוג תרמו-גרעיני מבוקר של איזוטופים קלים של מימן והליום, ויוצר כמות אדירה של אנרגיה. אותן תגובות היתוך מתרחשות בשמש.
תמונה של פנים הכור מסוג Tokamak, דרכו עוברת הפלזמה2
בחיי היומיום אנו רואים דוגמה לפלזמה ב מנורות פלורסנט ובתהליכים של סְטֶרִילִיזַציָה. מנורות פלזמה, כמו זו המוצגת למטה, ניתן לרכוש כ- מַזכֶּרֶת.
בְּ אוורליות אוסטרליות ובוראליות הם תוצאה של עירור אטומים ומולקולות באטמוספירה, כאשר מופגנים על ידי חלקיקים טעונים המופלים מהשמש ומוסטים על ידי השדה הגיאומגנטי, ולכן הם פלזמות טבעיות.
* נקודות זכות:
[1] מחבר: D-Kuru / Wikimedia Commons, רישיון: CC-BY-SA-3.0-AT
[2] מחבר: מייק גארט/ויקימדיה
מאת ג'ניפר פוגאצה
בוגר כימיה