V našom každodennom živote je veľmi bežné vidieť látky v takzvaných troch stavoch (agregovaných alebo fyzikálnych) látok, ktoré sú: tuhé, kvapalné a plynné. Existuje však a štvrtý fyzický stav hmoty, to tu na Zemi nie je také bežné, ale napodiv sa tomu verí 99% všetkého, čo existuje vo vesmíre, je v tomto štvrtom stave, ktorý sa nazýva plazma.
Na vytvorenie plazmy je nevyhnutné, aby sa látka v plynnom stave zahrievala na veľmi vysoké teploty, napríklad napríklad v jadre hviezd, ako je napríklad naše Slnko, kde sú určité oblasti ich povrchu, ktoré sú približne 84 000 ° C.
Plazma má v určitých oblastiach slnečného povrchu teplotu približne 84 000 ° C
Táto vysoká teplota spôsobuje rozpad molekúl plynu a tvorbu voľných atómov, ktoré naopak strácajú a získavajú elektróny a vytvárajú ióny. Môžeme teda povedať že plazma je tvorená horúcou a hustou sadou voľných atómov, elektrónov a iónov, v distribúcii takmer neutrálne (počet pozitívnych a negatívnych častíc je prakticky rovnaký), ktoré majú správanie kolektívne.
Niekto by mohol povedať, že plazma nie je v skutočnosti štvrtým stavom hmoty, ale keďže je to ionizovaný plyn, je v plynnom stave. Je pravda, že rovnako ako plyny, ani plazma nemá definovaný tvar a objem, ak predpokladá tvar a objem nádoby, ktorá ju obsahuje. Plazma má však aj ďalšie vlastnosti, ktoré ju skutočne odlišujú od iných stavov agregácie.
Napríklad, pretože má nabité častice, plazma je a elektrický vodič, silne reagujúca na elektromagnetické polia a tvoriace štruktúry ako vlákna, lúče a dvojité vrstvy; toto nie je prípad plynov.
Je tiež zaujímavé, že plazma nielen reaguje, ale aj generuje magnetické polia. Je to tak preto, lebo sa v jeho vnútri vytvára elektrický prúd vďaka jeho voľným elektrónom a podľa Ampérovho zákona sa vytvára elektromagnetické pole. Elektróny sa tiež pohybujú kruhovým spôsobom podľa magnetického poľa plazmy a pri veľmi vysokej teplote môže tento pohyb spôsobiť emisiu elektromagnetických vĺn. Príkladom týchto mimoriadne intenzívnych magnetických polí, ktoré môžeme pozorovať, je tvorba konvekčných stĺpcov tepla zo Slnka, ktoré spôsobujú slnečné škvrny, slnečné vetry atď.
Tu na Zemi sa plazma vyskytuje iba vo zvláštnych situáciách. Prvýkrát to bolo opísané pri vytváraní Ampulka Crookes, vyvinutý anglickým fyzikom Willianom Crookesom (1832-1919) v 50. rokoch 18. storočia, nazývaný tiež katódová trubica. Je to sklenená trubica naplnená plynmi pri nízkom tlaku, ktorá má elektródy, to znamená záporný pól (katóda) a kladný pól (anóda) spojené s generátorom.
Teraz neprestávajte... Po reklame je toho viac;)
Keď sa na plyn obsiahnutý v ampulke aplikuje vysoké napätie, pozoruje sa tvorba lúčov prichádzajúcich z katódy, ktoré sa nazývali katódové lúče a keď narazia na sklenenú stenu ampulky, vytvárajú nazelenalú fluorescenciu. Plazma sa teda vytvára v Crookesovej ampulke.
Obrázok ampulky Crookes 1
Anglický fyzik J. J. Thomson (1856-1940) neskôr použil túto žiarovku na objavenie elektrónu. Viac sa o tom dozviete v texte Thomsonov experiment s elektrickými výbojmi. V roku 1928 Irving Langmuir nazval tieto katódové lúče „plazmou“ kvôli schopnosti plazmy elektrických výbojov formovať sa do trubíc, kde sú generované.
Irving Langmuir ako prvý použil výraz „plazma“
Ďalší príklad výskytu plazmy tu na Zemi sa vyskytuje v reaktory jadrovej fúzie, z ktorých najznámejší je Tokamak z amerického Princetonu, ktorý pracuje pri teplote 100 miliónov stupňov Celzia, čo sa dosahuje riadenými štiepnymi reakciami. Plazma je uväznená vo vnútri, kde je riadená termonukleárna fúzia ľahkých izotopov vodíka a hélia, ktorá generuje kolosálne množstvo energie. Tieto isté fúzne reakcie prebiehajú na Slnku.
Obrázok interiéru reaktora typu Tokamak, cez ktorý prechádza plazma2
V každodennom živote vidíme príklad plazmy v žiarivky a v procesoch sterilizáciu. plazmové žiarovky, ako je uvedené nižšie, je možné zakúpiť ako suvenír.
O Austrálske a boreálne polárne žiary sú výsledkom excitácie atómov a molekúl v atmosfére, keď sú bombardované nabitými časticami vylúčenými zo Slnka a odklonené geomagnetickým poľom, sú teda prírodnými plazmami.
* Obrázkové kredity:
[1] Autor: D-Kuru / Wikimedia Commons, Licencia: CC-BY-SA-3.0-AT
[2] Autor: Mike Garrett/Wikimedia Commons
Autor: Jennifer Fogaça
Vyštudoval chémiu
