G У нашому повсякденному житті дуже часто можна спостерігати речовини у так званих трьох станах (агрегація чи фізичний) речовини, а саме: тверда речовина, рідина та газ. Однак існує четвертий фізичний стан речовини, це не так часто зустрічається тут на Землі, але як не дивно, вважається, що 99% все, що існує у Всесвіті, знаходиться в цьому четвертому стані, який називається плазма.
Для утворення плазми необхідно, щоб речовина в газоподібному стані нагрівалася до дуже високих температур, як це буває, шляхом Наприклад, в ядрі зірок, такому як наше Сонце, де є певні області їх поверхні, які знаходяться приблизно 84000 ° C.
Плазма має температуру приблизно 84000 ° C в певних регіонах сонячної поверхні
Ця висока температура змушує молекули газу розпадатися, утворюючи вільні атоми, які, в свою чергу, втрачають і набирають електрони, генеруючи іони. Тож можна сказати що плазма утворена гарячим і щільним набором вільних атомів, електронів та іонів у розподілі майже нейтральні (кількість позитивних і негативних частинок практично однакова), які мають поведінку колективний.
Хтось може сказати, що плазма насправді не є четвертим станом речовини, але оскільки це іонізований газ, вона знаходиться в газоподібному стані. Цілком вірно, що, як і гази, плазма не має визначеної форми та обсягу, приймаючи форму та об’єм ємності, що її містить. Однак плазма має інші властивості, які насправді відрізняють її від інших станів агрегації.
Наприклад, оскільки в ньому є заряджені частинки, плазма є електричний провідник, сильно реагуючи на електромагнітні поля і утворюючи такі структури, як нитки розжарювання, промені та подвійні шари; це не стосується газів.
Цікаво також, що плазма реагує не тільки, а й генерує магнітні поля. Це пояснюється тим, що всередині нього завдяки вільним електронам утворюється електричний струм, і, згідно із законом Ампера, утворюється електромагнітне поле. Електрони також рухаються по колу відповідно до магнітного поля плазми, і при дуже високій температурі цей рух може спричинити випромінювання електромагнітних хвиль. Прикладом цих надзвичайно інтенсивних магнітних полів, які ми можемо спостерігати, є утворення конвекційних колон тепла від Сонця, які породжують сонячні плями, сонячні вітри тощо.
Тут на Землі плазма виникає лише в особливих ситуаціях. Вперше це було описано при створенні Ампула Крукс, розроблений англійським фізиком Вілліаном Круксом (1832-1919) у 1850-х рр., також званий електронно-променева трубка. Це скляна трубка, наповнена газами при низькому тиску, і яка має електроди, тобто негативний полюс (катод) і позитивний полюс (анод), з'єднані з генератором.
Не зупиняйтесь зараз... Після реклами є ще щось;)
Коли до газу, що міститься в ампулі, подається висока напруга, спостерігається утворення променів, що виходять від катода, які називали катодні промені і утворюють зеленувату флуоресценцію, коли вони потрапляють у скляну стінку ампули. Таким чином, плазма генерується в ампулі Крукса.
Зображення ампули Крукс 1
Англійський фізик Дж. Дж. Пізніше Томсон (1856-1940) використовував цю лампочку, щоб виявити електрон. Детальніше про це дивіться в тексті Експеримент Томсона з електричними розрядами. У 1928 р. Ірвінг Ленгмюр він назвав ці катодні промені "плазмою" через здатність плазми електричних розрядів формуватися в трубки, де вони генеруються.
Ірвінг Ленгмюр першим застосував термін "плазма"
Інший приклад появи плазми тут на Землі зустрічається в реактори ядерного синтезу, найвідоміший з яких - Токамак із Принстона, США, який працює при температурі 100 мільйонів градусів Цельсія, що досягається за допомогою контрольованих реакцій поділу. Плазма потрапляє всередину, де відбувається контрольований термоядерний синтез легких ізотопів водню та гелію, генеруючи колосальну кількість енергії. Ці самі реакції синтезу відбуваються на Сонці.
Зображення внутрішньої частини реактора типу Токамак, через який проходить плазма2
У повсякденному житті ми бачимо приклад плазми в люмінесцентні лампи і в процесах стерилізація. плазмові лампи, як показано нижче, можна придбати як сувенір.
В Австралярне і бореальне полярне сяйво вони є результатом збудження атомів і молекул в атмосфері, коли вони бомбардуються зарядженими частинками, вигнаними з Сонця і відхиленими геомагнітним полем, будучи, отже, природною плазмою.
* Кредити зображення:
[1] Автор: D-Kuru / Wikimedia Commons, Ліцензія: CC-BY-SA-3.0-AT
[2] Автор: Майк Гаррет/Вікісховище
Дженніфер Фогача
Закінчив хімію
