Загадочное состояние материи - плазма. Подобно газу, она не имеет фиксированной формы или объема, плазма менее плотная, чем жидкости или твердые тела. В отличии от обычного газа, плазма это ионизированный газ, со свободными электронами, а также с положительными или отрицательными ионами, которые свободно перемещаются.
Плазма - это заряженный газ с сильными электростатическими взаимодействиями. Атомы или молекулы приобретают положительный или отрицательный электрический заряд тогда, когда приобретают или теряют электроны. Этот процесс называется ионизацией.
Плазма образует Солнце и звезды, и в целом во Вселенной, это наиболее распространенное состояние материи.
Заряженные частицы
Типичный газ, например азот или сероводород, состоит из молекул с нулевым зарядом, который и дает самому объему газа нулевой заряд. Плазма же, состоящая из заряженных частиц, может иметь нулевой заряд по всему объему, но не на уровне отдельных частиц. Это означает, что электростатические силы между частицами в плазме довольно значительные.
Плазма из заряженных частиц может делать то, на что не способны газы - например, проводить электричество.
В обычном газе все частицы будут вести себя примерно одинаково. Поэтому, если взять газ в емкости и этому газу дать остыть до комнатной температуры, то все молекулы внутри в среднем будут двигаться с одинаковой скоростью. В газе молекулы подобны бильярдным шарам - попадая друг в друга они передают энергию между собой.
В плазме такого не происходит, особенно в электрическом или магнитном поле. Например, магнитное поле может создавать популяцию очень быстрых частиц. Большинство плазмы недостаточно плотное, чтобы частицы часто сталкивались друг с другом, поэтому магнитное и электростатическое взаимодействия становятся более важными.
Поскольку частицы в плазме - электроны и ионы - могут взаимодействовать через электричество и магнетизм, они могут делать это на гораздо больших расстояниях, чем частицы газа. Это означает, что волна - очень важная составляющая для понятия того, что же происходит внутри плазмы.
Альфвеновские волны вызываются тогда, когда магнитное поле в плазме нарушается, создавая при этом волну, которая движется вдоль линий поля. Вполне возможно, что такие волны являются причиной того, что температура солнечной короны составляет миллионы градусов, а на поверхности - всего тысячи.
Другой характеристикой плазмы является то, что она удерживается магнитными полями. Большинство исследований в области термоядерной энергетики сосредоточено именно на этом. Чтобы создать условия для термоядерного синтеза, нужна очень горячая плазма - в миллионы градусов. Поэтому ученые используют именно эту характеристику плазмы для своих работ.
Плазма в действии
Каждый видел плазму в действии - это люминесцентные лампы и неоновые вывески. В таких случаях газ, например неон, подвергается высокому напряжению, а электроны либо отделяются от атомов газа, либо вытесняются на более высокие энергетические уровни. Газ внутри лампы становится проводящей плазмой. Возбужденные электроны, которые "падают" назад на свои предыдущие энергетические уровни, излучают фотоны - свет, который мы видим в неоновом знаке.
Плазменные телевизоры работают точно так же. Газ, обычно аргон, неон или ксенон, вводится в загерметизированный зазор между двумя стеклянными панелями. Через газ пропускается электрический ток, который и заставляет его светиться.
Есть другое применение для плазмы - это плазменные шары. Они заполнены благородными газовыми смесями, которые создают эффектные "молнии" в момент ионизации газа электрическим током.
Еще один пример плазмы - это полярное сияние. Солнечный ветер представляет собой поток заряженных частиц, которые попадают в магнитное поле Земли. Эти частицы, будучи заряженными, следуют за линиями магнитного поля и движутся к полюсам, где они сталкиваются и возбуждают атомы в воздухе, в основном кислород и азот. Как и в неоновой вывеске, возбужденные атомы кислорода и азота выделяют свет.
👍 👍 👍
Другие статьи по теме:
Состояния материи https://zen.yandex.ru/media/id/5ae194d5bcf1bc97d58f4283/materiia-opredelenie-i-ee-sostoianiia-5b03b26aa936f4e52e30d309
Твердые вещества https://zen.yandex.ru/media/id/5ae194d5bcf1bc97d58f4283/svoistva-materii-tverdye-vescestva-5b03b2d3482677ede39e6663