GIn ons dagelijks leven is het heel gewoon om stoffen te zien in de zogenaamde drie toestanden (aggregatie of fysiek) van materie, namelijk: vast, vloeibaar en gas. Er is echter een vierde fysieke toestand van materie, dat is niet zo gebruikelijk hier op aarde, maar vreemd genoeg wordt aangenomen dat 99% van alles wat in het universum bestaat, bevindt zich in deze vierde staat, de plasma.
Om het plasma te vormen, is het noodzakelijk dat de materie in gasvormige toestand wordt verwarmd tot zeer hoge temperaturen, namelijk door bijvoorbeeld in de kern van sterren, zoals onze zon, waar bepaalde delen van hun oppervlak zich in ongeveer bevinden 84.000°C.
Het plasma heeft een temperatuur van ongeveer 84.000 °C in bepaalde delen van het oppervlak van de zon
Deze hoge temperatuur zorgt ervoor dat de gasmoleculen uiteenvallen en vrije atomen vormen, die op hun beurt elektronen verliezen en winnen, waardoor ionen worden gegenereerd. Dus we kunnen zeggen: dat plasma wordt gevormd door een hete en dichte set van vrije atomen, elektronen en ionen, in een verdeling bijna neutraal (aantal positieve en negatieve deeltjes is praktisch gelijk), die gedrag vertonen collectief.
Sommigen zullen misschien zeggen dat plasma niet echt een vierde toestand van materie is, maar aangezien het een geïoniseerd gas is, bevindt het zich in een gasvormige toestand. Het is helemaal waar dat plasma, net als gassen, geen gedefinieerde vorm en volume heeft, uitgaande van de vorm en het volume van de houder die het bevat. Plasma heeft echter andere eigenschappen die het echt onderscheiden van andere aggregatietoestanden.
Omdat het bijvoorbeeld geladen deeltjes heeft, is plasma a elektrische geleider, sterk reageren op elektromagnetische velden en structuren vormen zoals filamenten, stralen en dubbele lagen; bij gassen is dit niet het geval.
Het is ook interessant dat het plasma niet alleen reageert, maar ook genereert magnetische velden. Dit komt omdat er zich een elektrische stroom in vormt, dankzij de vrije elektronen, en volgens de wet van Ampere wordt een elektromagnetisch veld gevormd. Elektronen bewegen ook op een cirkelvormige manier volgens het magnetische veld van het plasma, en met de zeer hoge temperatuur kan deze beweging de emissie van elektromagnetische golven veroorzaken. Een voorbeeld van deze extreem intense magnetische velden die we kunnen waarnemen, is de vorming van convectiekolommen van warmte van de zon, die aanleiding geven tot zonnevlekken, zonnewinden, enz.
Hier op aarde komt plasma alleen voor in bijzondere situaties. De eerste keer dat het werd beschreven was bij het maken van de Crookes ampul, ontwikkeld door de Engelse natuurkundige Willian Crookes (1832-1919) in de jaren 1850, ook wel kathodestraalbuis. Het is een glazen buis, gevuld met gassen onder lage druk, en die elektroden heeft, dat wil zeggen een negatieve pool (kathode) en een positieve pool (anode), verbonden met een generator.
Niet stoppen nu... Er is meer na de reclame ;)
Wanneer een hoge spanning wordt aangelegd op het gas in de ampul, wordt de vorming van stralen waargenomen die van de kathode komen, die werden genoemd kathodestralen en produceren een groenachtige fluorescentie wanneer ze de glazen wand van de ampul raken. Zo wordt plasma gegenereerd in de ampul van Crookes.
Crookes ampul afbeelding 1
De Engelse natuurkundige J. J. Thomson (1856-1940) gebruikte deze gloeilamp later om het elektron te ontdekken. Zie meer hierover in de tekst Thomsons experiment met elektrische ontladingen. 1928, Irving Langmuir hij noemde deze kathodestralen "plasma" vanwege het vermogen van het plasma van elektrische ontladingen om zichzelf te vormen in de buizen waar ze worden gegenereerd.
Irving Langmuir was de eerste die de term "plasma" gebruikte
Een ander voorbeeld van het voorkomen van plasma hier op aarde vindt plaats in de kernfusiereactoren, waarvan de bekendste de Tokamak is, uit Princeton, Verenigde Staten, die werkt bij een temperatuur van 100 miljoen graden Celsius, die wordt bereikt door gecontroleerde splijtingsreacties. Het plasma zit binnenin gevangen, waar gecontroleerde thermonucleaire fusie plaatsvindt van lichte isotopen van waterstof en helium, waardoor een kolossale hoeveelheid energie wordt gegenereerd. Deze zelfde fusiereacties vinden plaats op de zon.
Afbeelding van het interieur van een reactor van het Tokamak-type, waar het plasma doorheen gaat2
In het dagelijks leven zien we een voorbeeld van plasma in de fluorescentielampen en in processen van sterilisatie. plasmalampen, zoals hieronder getoond, kan worden gekocht als: souvenir.
Bij Australisch en Boreaal noorderlicht ze zijn het resultaat van de excitatie van atomen en moleculen in de atmosfeer, wanneer ze worden gebombardeerd door geladen deeltjes die van de zon worden verdreven en worden afgebogen door het aardmagnetische veld, en zijn daarom natuurlijke plasma's.
* Afbeeldingscredits:
[1] Auteur: D-Kuru/Wikimedia Commons, Licentie: CC-BY-SA-3.0-AT
[2] Auteur: Mike Garrett/Wikimedia Commons
Door Jennifer Fogaça
Afgestudeerd in scheikunde
