Definice plazmy (stav hmoty, fyzika a chemie)

Angel Zamora Ramirez
Titul z fyziky

Plazma je plynná tekutina, ve které je její část ionizována, to znamená, že má a značné množství iontů a volných elektronů, což představuje čtvrtý stav agregace předmět.

Pevná látka, kapalina a plyn... Možná většina z nás zná tyto tři skupenství hmota, existuje však čtvrtý stav agregace, který vyplývá z plynného skupenství a kterým často procházíme vysoký. Jde o plazmu, ionizovaný plyn, který můžeme najít ve hvězdách, plazmových obrazovkách, ohni atd.

Plazma jako stav agregace

Když je hmota v pevném stavu, její atomy nebo molekuly podléhají kohezivním silám mezi nimi a tvoří definované struktury. Změníme-li teplotu nebo tlak pevné látky takovým způsobem, že její molekuly začnou se více hýbat, nakonec se mezimolekulární síly sníží a přejdeme do stavu kapalina.

V kapalném stavu jsou kohezní síly mezi molekulami menší než v pevném stavu. Hmota v kapalném stavu má méně organizovanou strukturu, a proto nemá definovaný objem. Stejně jako v předchozím případě, pokud změníme teplotu nebo tlak kapaliny, můžeme ji přeměnit na plynné skupenství.

V plynu jsou mezimolekulární síly velmi malé a v některých případech prakticky nulové. Plyny jsou považovány za tekutiny, ve kterých se molekuly, které je skládají, volně pohybují. Zvýšením teploty nebo tlaku plynu se generuje větší pohyb molekul, které jej tvoří, a zvyšuje se také počet srážek. Tyto srážky mohou způsobit, že se elektrony určitých atomů uvolní ze svých orbitalů a uvolní se.

Právě v tomto bodě vzniká plazma, ionizovaný plyn s určitým množstvím kationtů (kladných iontů) a volných elektronů. Volné elektrické náboje dělají z plazmatu vynikající elektrické vodiče a také reagují na elektromagnetická pole.

Dalo by se říci, že tento nový stav hmoty poprvé zkoumal William Crookes ve svých experimentech s katodovými paprsky v 80. letech 19. století. Byl to však fyzik Irving Langmuir, kdo v roce 1928 vytvořil termín „plazma“ pro označení tohoto ionizovaného plynu, který by byl později považován za jiný stav hmoty.

Plazma na Zemi a ve vesmíru

Plazma je považována za nejhojnější stav agregace hmoty. Téměř 99 % baryonové hmoty, kterou můžeme ve vesmíru pozorovat, je v plazmatickém stavu.

To zjevně neplatí pro naši planetu, protože většina hmoty, kterou zde pozorujeme, je v ostatních třech stavech agregace. Existují však určitá místa nebo jevy, kde můžeme pozorovat hmotu v plazmatickém stavu. Blesky, které můžeme pozorovat během bouřky, jsou výsledkem ionizace plynu v atmosféře. Ionosféra, což je ionizovaná vrstva atmosféry v důsledku slunečního záření, je také plazma, stejně jako polární polární záře, které lze pozorovat jako výsledek interakce mezi zemským magnetickým polem a větry sluneční.

Ve vesmíru najdeme plazmu téměř všude. Hvězdy samotné jsou velké koule plazmatu vzniklé termonukleárními reakcemi, ke kterým dochází v jejich jádrech. Teplo generované hvězdami navíc ionizuje i plynné prostředí, které je obklopuje, obecně lze říci, že mezihvězdným prostředím je také plazma. Hvězdy mají také tendenci vyvrhovat velké výtrysky nabitých částic, které nazýváme „sluneční větry“ a které jsou hmotou v plazmatickém stavu. Mnohé z mlhovin, které lze vidět na různých místech ve vesmíru, nejsou ničím jiným než ionizovaným plynem, který obklopuje jednu nebo více hvězd.

V dnešní době najdeme také několik příkladů technologického využití plazmy. Plazmové displeje, jak již název napovídá, využívají přihrádky naplněné vzácnými plyny, které ionizují a vyzařují světlo. Plazmu najdeme také ve zářivkách, neonových světlech a plazmových lampách, které se používají k dekorativním účelům.

Pátý stav hmoty?

Nedávné experimenty prováděné v extrémních podmínkách dokázaly získat to, co mnozí považují za pátý stav agregace hmoty. Toto je kvarkovo-gluonové plazma, typ plazmy složený z volných kvarků a gluonů.

Kvarky a gluony jsou stavebními kameny protonů a neutronů, které tvoří atomová jádra. Kvarkové a gluonové plazma se získává v urychlovačích částic při srážce těžkých jader olova nebo zlata. Srážka mezi jádry vygeneruje dostatečnou teplotu, aby se na několik okamžiků uvolnily kvarky a gluony a vytvořilo se plazma.

Studium plazmatu kvarků a gluonů je zvláště důležité, protože během prvních okamžiků po Velkém třesku a před vznikem prvních atomů se má za to, že v tom byla existující hmota Stát.