Vremena kada smo plazmu povezivali sa nečim nestvarnim, neshvatljivim, fantastičnim, davno su prošla. Danas se ovaj koncept aktivno koristi. Plazma se koristi u industriji. Najviše se koristi u rasvjeti. Primjer su lampe na plinsko pražnjenje koje osvjetljavaju ulice. Ali prisutan je i u fluorescentnim lampama. Također je u elektro zavarivanju. Na kraju krajeva, luk zavarivanja je plazma koju stvara plazma gorionik. Moglo bi se navesti mnogo drugih primjera.
Fizika plazme je važna grana nauke. Stoga je vrijedno razumjeti osnovne koncepte u vezi s tim. Ovome je posvećen naš članak.
Definicija i vrste plazme
Šta je plazma? Definicija u fizici je sasvim jasna. Stanje plazme je takvo stanje materije kada potonje ima značajan (srazmjeran ukupnom broju čestica) broj nabijenih čestica (nosača) koje se mogu manje-više slobodno kretati unutar tvari. Mogu se razlikovati sljedeće glavne vrste plazme u fizici. Ako nosači pripadaju česticama istog tipa (ičestice suprotnog naelektrisanja, neutrališući sistem, nemaju slobodu kretanja), naziva se jednokomponentnim. Inače je - dvokomponentna ili višekomponentna.
Plasma funkcije
Dakle, ukratko smo opisali koncept plazme. Fizika je egzaktna nauka, pa su definicije ovdje neophodne. Hajde da sada ispričamo o glavnim karakteristikama ovog stanja materije.
Svojstva plazme u fizici su sljedeća. Prije svega, u ovom stanju, pod djelovanjem već malih elektromagnetnih sila, nastaje kretanje nosača - struja koja na taj način teče sve dok te sile ne nestanu zbog ekranizacije njihovih izvora. Stoga, plazma na kraju prelazi u stanje u kojem je kvazi-neutralna. Drugim riječima, njegove zapremine, veće od neke mikroskopske vrijednosti, imaju nulti naboj. Druga karakteristika plazme povezana je sa dugotrajnom prirodom Coulombovih i Amperovih sila. Sastoji se u činjenici da kretanja u ovom stanju, po pravilu, imaju kolektivni karakter, uključujući veliki broj nabijenih čestica. Ovo su osnovna svojstva plazme u fizici. Bilo bi korisno zapamtiti ih.
Obje ove karakteristike dovode do činjenice da je fizika plazme neobično bogata i raznolika. Njegova najupečatljivija manifestacija je lakoća nastanka raznih vrsta nestabilnosti. Oni su ozbiljna prepreka koja ometa praktičnu primenu plazme. Fizika je nauka koja se stalno razvija. Stoga se može nadati da će s vremenom ove preprekeće biti eliminisan.
Plazma u tečnosti
Prelazeći na konkretne primjere struktura, počnimo s razmatranjem plazma podsistema u kondenziranoj materiji. Među tečnostima treba pre svega navesti tečne metale - primer kome odgovara plazma podsistem - jednokomponentnu plazmu nosača elektrona. Strogo govoreći, kategorija koja nas zanima trebala bi uključivati i tekućine elektrolita u kojima postoje nosioci - joni oba znaka. Međutim, iz različitih razloga, elektroliti nisu uključeni u ovu kategoriju. Jedna od njih je da u elektrolitu nema svjetlosnih, mobilnih nosača, poput elektrona. Stoga su gore navedena svojstva plazme izražena mnogo slabije.
Plazma u kristalima
Plazma u kristalima ima poseban naziv - plazma u čvrstom stanju. U jonskim kristalima, iako postoje naboji, oni su nepomični. Dakle, nema plazme. U metalima, to su elektroni provodljivosti koji čine jednokomponentnu plazmu. Njegov naboj je kompenzovan nabojem nepokretnih (tačnije, nesposobnih da se kreću na velike udaljenosti) jona.
Plazma u poluprovodnicima
S obzirom na osnove fizike plazme, treba napomenuti da je situacija u poluprovodnicima raznovrsnija. Hajde da ga ukratko okarakterišemo. Jednokomponentna plazma u ovim supstancama može nastati ako se u njih unesu odgovarajuće nečistoće. Ako nečistoće lako doniraju elektrone (donore), tada se pojavljuju nosioci n-tipa - elektroni. Ako nečistoće, naprotiv, lako oduzimaju elektrone (akceptore), tada nastaju nosioci p-tipa- rupe (prazna mjesta u distribuciji elektrona), koje se ponašaju kao čestice s pozitivnim nabojem. Dvokomponentna plazma formirana od elektrona i rupa nastaje u poluvodičima na još jednostavniji način. Na primjer, pojavljuje se pod djelovanjem svjetlosnog pumpanja, koje izbacuje elektrone iz valentnog pojasa u provodni pojas. Napominjemo da pod određenim uvjetima elektroni i rupe privučene jedna drugoj mogu formirati vezano stanje slično atomu vodika - eksciton, a ako je pumpanje intenzivno i gustina eksitona velika, onda se spajaju i formiraju kap tečnosti elektronskih rupa. Ponekad se takvo stanje smatra novim stanjem materije.
Jonizacija plina
Navedeni primjeri su se odnosili na posebne slučajeve stanja plazme, a plazma u svom čistom obliku naziva se jonizirani plin. Mnogi faktori mogu dovesti do njene jonizacije: električno polje (pražnjenje u gasu, grmljavina), svetlosni tok (fotojonizacija), brze čestice (zračenje radioaktivnih izvora, kosmičko zračenje, koje su otkrivene povećanjem stepena jonizacije sa visinom). Međutim, glavni faktor je zagrijavanje plina (termalna jonizacija). U ovom slučaju, odvajanje elektrona od atoma dovodi do sudara s drugim česticama gasa, koje imaju dovoljnu kinetičku energiju zbog visoke temperature.
Plazma visoke i niske temperature
Fizika niskotemperaturne plazme je ono sa čime dolazimo u kontakt skoro svaki dan. Primjeri takvog stanja su plamen,supstanca u gasnom pražnjenju i munjama, razne vrste plazme hladnog svemira (jono- i magnetosfere planeta i zvezda), radna supstanca u raznim tehničkim uređajima (MHD generatori, plazma motori, gorionici itd.). Primjeri visokotemperaturne plazme su materija zvijezda u svim fazama njihove evolucije, osim u ranom djetinjstvu i starosti, radna supstanca u kontrolisanim termonuklearnim fuzionim postrojenjima (tokamaci, laserski uređaji, uređaji sa snopom, itd.).
Četvrto stanje materije
Pre vek i po, mnogi fizičari i hemičari verovali su da se materija sastoji samo od molekula i atoma. Kombiniraju se u kombinacijama ili potpuno nesređene ili manje-više uređene. Verovalo se da postoje tri faze - gasovita, tečna i čvrsta. Supstance ih prihvataju pod uticajem spoljašnjih uslova.
Međutim, trenutno možemo reći da postoje 4 stanja materije. To je plazma koja se može smatrati novom, četvrtom. Njegova razlika od kondenzovanog (čvrstog i tečnog) stanja leži u činjenici da, poput gasa, nema ne samo elastičnost na smicanje, već i fiksni volumen. S druge strane, plazmi je zajedničko sa kondenzovanim stanjem prisustvo reda kratkog dometa, tj. korelacija položaja i sastava čestica u blizini datog naboja plazme. U ovom slučaju, takvu korelaciju stvaraju ne intermolekularne, već Kulonove sile: dati naboj odbija naboje istog imena sa sobom i privlači suprotne.
Fiziku plazme smo ukratko pregledali. Ova tema je prilično obimna, pa možemo samo reći da smo otkrili njene osnove. Fizika plazme svakako zaslužuje dalje razmatranje.
