Часто в качестве простейшего примера плазмы приводят огонь горящей спички. Оценим это утверждение.
Огонек, поднимающийся от спички – это результат горения, т.е. реакции между топливом (древесиной) и окислителем (кислородом). Реакция эта экзотермическая, т.е. протекает с выделением энергии.
На что расходуется эта энергия? Часть – на излучение, т.е. свет, но это нас сейчас не интересует. Другая часть – на кинетическую энергию (разгон) частиц окружающих газов и продуктов реакции.
Температуру пламени спички можно оценить примерно в 800-1200 ℃. При такой температуре частицы газа, в котором происходит горение и продуктов реакции будут иметь среднюю энергию около 0,2 эВ. Здесь критически важно подчеркнуть, что именно среднюю энергию.
Вблизи зоны горения частицы с повышенной энергией хаотично движутся и сталкиваются друг с другом. В результате этих столкновений и может произойти ионизация, т.е. образование заряженных частиц.
Однако энергия ионизации всех частиц, которые присутствуют в нашем спичечном пожарище значительно выше указанных 0,2 эВ. Для всех частиц из списка: СО₂, Н₂О, С, Н, О, O₂, N₂, энергия ионизации свыше 10 эВ. Энергии не хватает, а ионизация есть. Как быть? Кому верить?
Австрийский физик Людвиг Больцман в 1868 г. вывел распределение для частиц газов, находящихся в тепловом равновесии. Согласно этому в смеси газов могут быть частицы как с очень высокой, так и очень низкой энергией, хотя доля их и не велика по сравнению с середнячками.
Таким образом ионизация действительно происходит в основном (но не исключительно) в результате столкновения этих самых энергичных частиц в пламени. В результате этих столкновений образуются ионы и свободные электроны, т.е. газ из заряженных частиц, который мы и называем плазмой. Однако число их сравнительно невелико.
Что же тогда составляет пламя спички? А это по большей части попросту разогретые газы и продукты реакции. А плазмы там меньше 1%. Даже как-то скучно.