Laikai, kai plazmą siejome su kažkuo nerealu, nesuprantamu, fantastišku, jau praėjo. Šiandien ši sąvoka aktyviai naudojama. Plazma naudojama pramonėje. Jis plačiausiai naudojamas apšvietimo inžinerijoje. Pavyzdys – gatves apšviečiančios dujų išlydžio lempos. Tačiau jo yra ir fluorescencinėse lempose. Tai taip pat yra elektrinis suvirinimas. Juk suvirinimo lankas yra plazma, kurią sukuria plazminis degiklis. Galima pateikti daug kitų pavyzdžių.
Plazmos fizika yra svarbi mokslo šaka. Todėl verta suprasti pagrindines su juo susijusias sąvokas. Tam skirtas mūsų straipsnis.
Plazmos apibrėžimas ir tipai
Kas yra plazma? Fizikos apibrėžimas yra gana aiškus. Plazmos būsena yra tokia materijos būsena, kai pastaroji turi reikšmingą (proporcingą bendrą dalelių skaičių) įkrautų dalelių (nešiklių), galinčių daugiau ar mažiau laisvai judėti medžiagos viduje, skaičių. Galima išskirti šiuos pagrindinius plazmos tipus fizikoje. Jei nešikliai priklauso to paties tipo dalelėms (irpriešingo krūvio dalelės, neutralizuojančios sistemą, neturi judėjimo laisvės), ji vadinama vienkomponente. Kitu atveju jis yra dviejų arba kelių komponentų.
Plazmos funkcijos
Taigi, mes trumpai apibūdinome plazmos sąvoką. Fizika yra tikslus mokslas, todėl apibrėžimai čia yra būtini. Dabar papasakokime apie pagrindines šios materijos būsenos ypatybes.
Plazmos savybės fizikoje yra tokios. Visų pirma, šioje būsenoje, veikiant ir taip mažoms elektromagnetinėms jėgoms, atsiranda nešėjų judėjimas – srovė, kuri teka tokiu būdu, kol šios jėgos išnyksta dėl jų š altinių ekranavimo. Todėl plazma galiausiai pereina į būseną, kurioje ji yra beveik neutrali. Kitaip tariant, jo tūriai, didesni už kokią nors mikroskopinę vertę, neturi nulinio krūvio. Antrasis plazmos bruožas yra susijęs su tolimojo Kulono ir Ampero jėgų pobūdžiu. Tai susideda iš to, kad judesiai šioje būsenoje, kaip taisyklė, turi kolektyvinį pobūdį, apimantį daug įkrautų dalelių. Tai yra pagrindinės plazmos savybės fizikoje. Būtų naudinga juos prisiminti.
Abu šie bruožai lemia tai, kad plazmos fizika yra neįprastai turtinga ir įvairi. Ryškiausias jo pasireiškimas yra įvairaus pobūdžio nestabilumo atsiradimo lengvumas. Jie yra rimta kliūtis, trukdanti praktiškai pritaikyti plazmą. Fizika yra mokslas, kuris nuolat tobulėja. Todėl galima tikėtis, kad laikui bėgant šios kliūtysbus pašalintas.
Plazma skysčiuose
Pereidami prie konkrečių struktūrų pavyzdžių, pradėkime nuo plazmos posistemių kondensuotoje medžiagoje. Tarp skysčių pirmiausia reikėtų įvardyti skystuosius metalus – pavyzdį, kurį atitinka plazmos posistemis – vienkomponentė elektronų nešėjų plazma. Griežtai kalbant, į mus dominančią kategoriją turėtų būti įtraukti ir elektrolitų skysčiai, kuriuose yra nešiklių – abiejų ženklų jonų. Tačiau dėl įvairių priežasčių elektrolitai į šią kategoriją neįeina. Vienas iš jų – elektrolite nėra šviesos, judrių nešėjų, pavyzdžiui, elektronų. Todėl aukščiau nurodytos plazmos savybės išreiškiamos daug silpniau.
Plazma kristaluose
Plazma kristaluose turi ypatingą pavadinimą – kietojo kūno plazma. Joniniuose kristaluose, nors ir yra krūvių, jie yra nejudantys. Todėl plazmos nėra. Metaluose tai laidumo elektronai, sudarantys vienkomponentę plazmą. Jo krūvį kompensuoja nejudančių (tiksliau, negalinčių judėti dideliais atstumais) jonų krūvis.
Plazma puslaidininkiuose
Atsižvelgiant į plazmos fizikos pagrindus, reikia pastebėti, kad situacija puslaidininkiuose yra įvairesnė. Trumpai apibūdinkime. Šiose medžiagose gali susidaryti vienkomponentė plazma, jei į jas patenka atitinkamų priemaišų. Jei priemaišos lengvai dovanoja elektronus (donorus), tai atsiranda n tipo nešėjai – elektronai. Jei priemaišos, priešingai, lengvai atima elektronus (akceptorius), tada atsiranda p tipo nešikliai- skylės (tuščios vietos elektronų pasiskirstyme), kurios elgiasi kaip dalelės, turinčios teigiamą krūvį. Dviejų komponentų plazma, sudaryta iš elektronų ir skylių, puslaidininkiuose atsiranda dar paprastesniu būdu. Pavyzdžiui, jis atsiranda veikiant šviesos siurbimui, kuris išmeta elektronus iš valentinės juostos į laidumo juostą. Pastebime, kad tam tikromis sąlygomis vienas prie kito pritraukti elektronai ir skylės gali sudaryti surištą būseną, panašią į vandenilio atomą – eksitoną, o jei siurbimas intensyvus ir eksitonų tankis didelis, jie susilieja ir sudaro lašą. elektronų skylės skysčio. Kartais tokia būsena laikoma nauja materijos būsena.
Dujų jonizacija
Aukščiau pateikti pavyzdžiai buvo susiję su ypatingais plazmos būsenos atvejais, o gryna plazma vadinama jonizuotomis dujomis. Jo jonizaciją gali lemti daug veiksnių: elektrinis laukas (dujų išlydis, perkūnija), šviesos srautas (fotojonizacija), greitos dalelės (radioaktyvių š altinių spinduliuotė, kosminiai spinduliai, kurie buvo atrasti didinant jonizacijos laipsnį su aukščiu). Tačiau pagrindinis veiksnys yra dujų kaitinimas (terminė jonizacija). Šiuo atveju elektrono atskyrimas nuo atomo sukelia susidūrimą su pastarąja kita dujų dalele, kuri dėl aukštos temperatūros turi pakankamai kinetinės energijos.
Aukštos ir žemos temperatūros plazma
Žemos temperatūros plazmos fizika yra tai, su kuo susiduriame beveik kiekvieną dieną. Tokios būsenos pavyzdžiai yra liepsnos,medžiaga dujų išlydyje ir žaibai, įvairių tipų š altosios erdvės plazma (planetų ir žvaigždžių jono ir magnetosferos), darbinė medžiaga įvairiuose techniniuose įrenginiuose (MHD generatoriuose, plazminiuose varikliuose, degikliuose ir kt.). Aukštos temperatūros plazmos pavyzdžiai yra žvaigždžių materija visuose jų evoliucijos etapuose, išskyrus ankstyvą vaikystę ir senatvę, veikianti medžiaga kontroliuojamuose termobranduolinės sintezės įrenginiuose (tokamakai, lazeriniai prietaisai, spindulių prietaisai ir kt.).
Ketvirtoji materijos būsena
Prieš pusantro šimtmečio daugelis fizikų ir chemikų manė, kad materiją sudaro tik molekulės ir atomai. Jie derinami arba visiškai netvarkingi, arba daugiau ar mažiau tvarkingi. Buvo tikima, kad yra trys fazės – dujinė, skysta ir kieta. Medžiagos jas priima veikiamos išorinių sąlygų.
Tačiau šiuo metu galime pasakyti, kad yra 4 materijos būsenos. Būtent plazmą galima laikyti nauja, ketvirtąja. Jo skirtumas nuo kondensuotų (kietos ir skystos) būsenos slypi tuo, kad jos, kaip ir dujos, neturi ne tik šlyties elastingumo, bet ir fiksuoto tūrio. Kita vertus, plazma su kondensuota būsena turi trumpo nuotolio tvarkos buvimą, ty dalelių, esančių šalia tam tikro plazmos krūvio, padėties ir sudėties koreliaciją. Šiuo atveju tokią koreliaciją sukuria ne tarpmolekulinės, o Kulono jėgos: duotas krūvis atstumia su savimi to paties pavadinimo krūvius ir pritraukia priešingus.
Mes trumpai apžvelgėme plazmos fiziką. Ši tema yra gana didelė, todėl galime pasakyti tik tiek, kad atskleidėme jos pagrindus. Plazmos fizika tikrai nusipelno tolesnio svarstymo.
