Die tye toe ons plasma met iets onwerkliks, onverstaanbaars, fantasties geassosieer het, is lankal verby. Vandag word hierdie konsep aktief gebruik. Plasma word in die industrie gebruik. Dit word die meeste gebruik in beligtingsingenieurswese. 'n Voorbeeld is gasontladingslampe wat die strate verlig. Maar dit is ook teenwoordig in fluoresserende lampe. Dit is ook in elektriese sweiswerk. Die sweisboog is immers 'n plasma wat deur 'n plasmafakkel gegenereer word. Baie ander voorbeelde kan gegee word.
Plasmafisika is 'n belangrike tak van die wetenskap. Daarom is dit die moeite werd om die basiese konsepte wat daarmee verband hou, te verstaan. Dit is waaraan ons artikel gewy is.
Definisie en tipes plasma
Wat is plasma? Die definisie in fisika is baie duidelik. 'n Plasmatoestand is so 'n toestand van materie wanneer laasgenoemde 'n beduidende (in ooreenstemming met die totale aantal deeltjies) aantal gelaaide deeltjies (draers) het wat min of meer vrylik binne die stof kan beweeg. Die volgende hooftipes plasma in fisika kan onderskei word. As die draers aan deeltjies van dieselfde tipe behoort (endeeltjies van teenoorgestelde lading, wat die sisteem neutraliseer, het nie bewegingsvryheid nie), word dit een-komponent genoem. Andersins is dit - twee- of multikomponent.
Plasma-kenmerke
So, ons het die konsep van plasma kortliks beskryf. Fisika is 'n presiese wetenskap, so definisies is hier onontbeerlik. Kom ons vertel nou van die hoofkenmerke van hierdie toestand van materie.
Plasma-eienskappe in fisika is soos volg. Eerstens, in hierdie toestand, onder die werking van reeds klein elektromagnetiese kragte, ontstaan die beweging van draers - 'n stroom wat op hierdie manier vloei totdat hierdie kragte verdwyn as gevolg van die afskerming van hul bronne. Daarom gaan die plasma uiteindelik oor in 'n toestand waar dit kwasi-neutraal is. Met ander woorde, sy volumes, groter as die een of ander mikroskopiese waarde, het geen lading nie. Die tweede kenmerk van plasma hou verband met die langafstand-aard van die Coulomb- en Ampère-kragte. Dit bestaan uit die feit dat bewegings in hierdie toestand, as 'n reël, 'n kollektiewe karakter het, wat 'n groot aantal gelaaide deeltjies behels. Dit is die basiese eienskappe van plasma in fisika. Dit sal nuttig wees om hulle te onthou.
Albei hierdie kenmerke lei tot die feit dat plasmafisika buitengewoon ryk en divers is. Die mees opvallende manifestasie daarvan is die maklike voorkoms van verskillende soorte onstabiliteite. Hulle is 'n ernstige struikelblok wat die praktiese toepassing van plasma belemmer. Fisika is 'n wetenskap wat voortdurend ontwikkel. Daarom kan gehoop word dat met verloop van tyd hierdie struikelblokkesal uitgeskakel word.
Plasma in vloeistowwe
By ons na spesifieke voorbeelde van strukture, kom ons begin met die oorweging van plasmasubsisteme in gekondenseerde materie. Onder vloeistowwe moet 'n mens eerstens vloeibare metale noem - 'n voorbeeld waarmee die plasma-subsisteem ooreenstem - 'n enkelkomponent-plasma van elektrondraers. Streng gesproke moet die kategorie van belang vir ons ook elektrolietvloeistowwe insluit waarin daar draers is - ione van albei tekens. Om verskeie redes word elektroliete egter nie by hierdie kategorie ingesluit nie. Een daarvan is dat daar geen ligte, mobiele draers, soos elektrone, in die elektroliet is nie. Daarom word bogenoemde plasma-eienskappe baie swakker uitgedruk.
Plasma in kristalle
Plasma in kristalle het 'n spesiale naam - vastestofplasma. In ioniese kristalle, hoewel daar ladings is, is hulle roerloos. Daarom is daar geen plasma nie. In metale is dit geleidingselektrone wat 'n een-komponent plasma vorm. Die lading daarvan word vergoed deur die lading van onbeweeglike (meer presies, nie in staat om lang afstande te beweeg nie) ione.
Plasma in halfgeleiers
Met inagneming van die basiese beginsels van plasmafisika, moet daarop gelet word dat die situasie in halfgeleiers meer divers is. Kom ons karakteriseer dit kortliks. 'n Een-komponent plasma in hierdie stowwe kan ontstaan as toepaslike onsuiwerhede daarin ingebring word. As onsuiwerhede maklik elektrone (skenkers) skenk, verskyn n-tipe draers - elektrone. As onsuiwerhede, inteendeel, maklik elektrone (akseptors) wegneem, ontstaan p-tipe draers- gate (leë plekke in die verspreiding van elektrone), wat optree soos deeltjies met 'n positiewe lading. 'n Twee-komponent plasma wat deur elektrone en gate gevorm word, ontstaan op 'n nog eenvoudiger manier in halfgeleiers. Dit verskyn byvoorbeeld onder die werking van ligpomp, wat elektrone van die valensband in die geleidingsband gooi. Ons let daarop dat elektrone en gate wat na mekaar aangetrek word, onder sekere toestande 'n gebonde toestand kan vorm soortgelyk aan 'n waterstofatoom - 'n eksiton, en as die pomp intens is en die digtheid van eksitone hoog is, dan smelt hulle saam en vorm 'n druppel van elektron-gat vloeistof. Soms word so 'n toestand as 'n nuwe toestand van materie beskou.
Gasionisasie
Die bogenoemde voorbeelde het verwys na spesiale gevalle van die plasmatoestand, en plasma in sy suiwer vorm word geïoniseerde gas genoem. Baie faktore kan tot die ionisasie daarvan lei: elektriese veld (gasontlading, donderstorm), ligvloei (fotoionisasie), vinnige deeltjies (bestraling van radioaktiewe bronne, kosmiese strale, wat ontdek is deur die graad van ionisasie met hoogte te verhoog). Die hooffaktor is egter die verhitting van die gas (termiese ionisasie). In hierdie geval lei die skeiding van 'n elektron van 'n atoom tot 'n botsing met laasgenoemde van 'n ander gaspartikel, wat voldoende kinetiese energie het as gevolg van hoë temperatuur.
Hoë- en laetemperatuurplasma
Fisika van lae-temperatuur plasma is waarmee ons byna elke dag in aanraking kom. Voorbeelde van so 'n toestand is vlamme,stof in 'n gasontlading en weerlig, verskeie tipes koueruimteplasma (iono- en magnetosfere van planete en sterre), werkende stof in verskeie tegniese toestelle (MHD-opwekkers, plasma-enjins, branders, ens.). Voorbeelde van hoëtemperatuurplasma is die kwessie van sterre in alle stadiums van hul evolusie, behalwe vir vroeë kinderjare en ouderdom, die werkende stof in beheerde termonukleêre samesmeltingsfasiliteite (tokamaks, lasertoestelle, stra altoestelle, ens.).
Die vierde toestand van materie
'n Eeu en 'n half gelede het baie fisici en chemici geglo dat materie net uit molekules en atome bestaan. Hulle word gekombineer in kombinasies óf heeltemal wanordelik óf min of meer georden. Daar is geglo dat daar drie fases is - gasvormig, vloeibaar en solied. Stowwe aanvaar dit onder die invloed van eksterne toestande.
Tans kan ons egter sê dat daar 4 toestande van materie is. Dit is plasma wat as nuut beskou kan word, die vierde. Die verskil daarvan met die gekondenseerde (vaste en vloeibare) toestande lê daarin dat dit, soos 'n gas, nie net skuifelastisiteit het nie, maar ook 'n vaste volume. Aan die ander kant het 'n plasma in gemeen met 'n gekondenseerde toestand die teenwoordigheid van kortafstandorde, dit wil sê die korrelasie van die posisies en samestelling van deeltjies langs 'n gegewe plasmalading. In hierdie geval word so 'n korrelasie nie deur intermolekulêre nie, maar deur Coulomb-kragte gegenereer: 'n gegewe lading stoot ladings met dieselfde naam met homself af en trek teenoorgesteldes aan.
Plasmafisika is kortliks deur ons hersien. Hierdie onderwerp is nogal omvangryk, so ons kan net sê dat ons die basiese beginsels daarvan onthul het. Plasmafisika verdien beslis verdere oorweging.
