W naszym codziennym życiu bardzo często widzimy substancje w tak zwanych trzech stanach (agregacja lub fizyczny) materii, którymi są: stałe, płynne i gazowe. Jednak jest czwarty stan skupienia materii, to nie jest tak powszechne na Ziemi, ale co dziwne, uważa się, że 99% wszystkiego, co istnieje we wszechświecie, znajduje się w tym czwartym stanie, zwanym osocze.
Aby utworzyć plazmę, konieczne jest podgrzanie materii w stanie gazowym do bardzo wysokich temperatur, jak to się dzieje, na przykład w jądrze gwiazd, takich jak nasze Słońce, gdzie istnieją pewne obszary ich powierzchni, które są w przybliżeniu 84 000°C.
Plazma ma temperaturę około 84 000 °C w niektórych obszarach powierzchni Słońca
Ta wysoka temperatura powoduje rozpad cząsteczek gazu, tworząc wolne atomy, które z kolei tracą i zyskują elektrony, generując jony. Więc możemy powiedzieć że plazmę tworzy gorący i gęsty zbiór wolnych atomów, elektronów i jonów w rozkładzie, prawie neutralne (liczba cząstek dodatnich i ujemnych jest praktycznie równa), które zachowują się kolektyw.
Niektórzy mogą powiedzieć, że plazma nie jest w rzeczywistości czwartym stanem materii, ale ponieważ jest gazem zjonizowanym, jest w stanie gazowym. Prawdą jest, że plazma, podobnie jak gazy, nie ma określonego kształtu i objętości, zakładając kształt i objętość pojemnika, który ją zawiera. Jednak plazma ma inne właściwości, które naprawdę odróżniają ją od innych stanów skupienia.
Na przykład, ponieważ ma naładowane cząstki, plazma jest przewód elektryczny, silnie reagując na pola elektromagnetyczne i tworząc struktury, takie jak włókna, promienie i warstwy podwójne; tak nie jest w przypadku gazów.
Ciekawe też, że plazma nie tylko reaguje, ale także generuje pola magnetyczne. Dzieje się tak dlatego, że w jego wnętrzu powstaje prąd elektryczny dzięki swobodnym elektronom i zgodnie z prawem Ampera powstaje pole elektromagnetyczne. Elektrony również poruszają się po okręgu zgodnie z polem magnetycznym plazmy, a przy bardzo wysokiej temperaturze ruch ten może powodować emisję fal elektromagnetycznych. Przykładem tych niezwykle intensywnych pól magnetycznych, które możemy zaobserwować, jest formowanie się konwekcyjnych kolumn ciepła ze Słońca, które powodują powstawanie plam słonecznych, wiatrów słonecznych itp.
Tutaj na Ziemi plazma występuje tylko w szczególnych sytuacjach. Po raz pierwszy został opisany przy tworzeniu Ampułka Crookesa, opracowany przez angielskiego fizyka Williana Crookesa (1832-1919) w latach 50. XIX wieku, zwany także kineskop. Jest to szklana rurka wypełniona gazami pod niskim ciśnieniem, która posiada elektrody, czyli biegun ujemny (katodę) i biegun dodatni (anodę), połączone z generatorem.
Teraz nie przestawaj... Po reklamie jest więcej ;)
Po przyłożeniu wysokiego napięcia do gazu zawartego w ampułce obserwuje się powstawanie promieni wychodzących z katody, które nazwano promienie katodowe i wytwarzają zielonkawą fluorescencję, gdy uderzają w szklaną ściankę ampułki. W ten sposób w ampułce Crookesa powstaje osocze.
Obraz ampułki Crookesa 1
Angielski fizyk J. JOT. Thomson (1856-1940) użył później tej żarówki do odkrycia elektronu. Więcej na ten temat w tekście Eksperyment Thomsona z wyładowaniami elektrycznymi. W 1928 r. Irving Langmuir nazwał te promienie katodowe „plazmą” ze względu na zdolność plazmy wyładowań elektrycznych do formowania się w rurki, w których są generowane.
Irving Langmuir jako pierwszy użył terminu „plazma”
Inny przykład występowania plazmy tutaj na Ziemi występuje w reaktory syntezy jądrowej, z których najbardziej znanym jest Tokamak z Princeton w Stanach Zjednoczonych, który działa w temperaturze 100 milionów stopni Celsjusza, co osiąga się poprzez kontrolowane reakcje rozszczepienia. Plazma jest uwięziona wewnątrz, gdzie następuje kontrolowana termojądrowa fuzja lekkich izotopów wodoru i helu, generująca kolosalną ilość energii. Te same reakcje fuzji zachodzą na Słońcu.
Obraz wnętrza reaktora typu Tokamak, przez który przechodzi plazma2
W życiu codziennym widzimy przykład plazmy w świetlówki oraz w procesach sterylizacja. lampy plazmowe, jak pokazano poniżej, można kupić jako pamiątka.
W Australijskie i borealne zorze polarne są wynikiem wzbudzenia atomów i cząsteczek w atmosferze, gdy są bombardowane przez naładowane cząstki wyrzucane ze Słońca i odchylane przez pole geomagnetyczne, będące zatem naturalną plazmą.
* Kredyty obrazkowe:
[1] Autor: D-Kuru/Wikimedia Commons, Licencja: CC-BY-SA-3.0-AT
[2] Autor: Mike Garrett/Wikimedia Commons
Jennifer Fogaça
Absolwent chemii
