Definition von Plasma (Aggregatzustand, Physik und Chemie)

Engel Zamora Ramirez
Abschluss in Physik

Plasma ist eine gasförmige Flüssigkeit, in der ein Teil davon ionisiert ist, das heißt, es hat eine beträchtliche Menge an Ionen und freien Elektronen, die den vierten Aggregatzustand des bilden Thema.

Fest, flüssig und gasförmig... Vielleicht sind die meisten von uns mit diesen drei Zuständen vertraut Materie gibt es jedoch einen vierten Aggregatzustand, der aus dem gasförmigen Zustand folgt und den wir oft durchlaufen hoch. Es geht um Plasma, ein ionisiertes Gas, das wir in Sternen, Plasmabildschirmen, Feuer usw. finden können.

Plasma als Aggregatzustand

Wenn sich Materie in einem festen Zustand befindet, unterliegen ihre Atome oder Moleküle den Kohäsionskräften zwischen ihnen und bilden definierte Strukturen. Wenn wir die Temperatur oder den Druck eines Festkörpers so verändern, dass seine Moleküle Sie fangen an, sich mehr zu bewegen, schließlich nehmen die intermolekularen Kräfte ab und wir gehen in den Zustand über flüssig.

Im flüssigen Zustand sind die Kohäsionskräfte zwischen Molekülen geringer als im festen Zustand. Materie im flüssigen Zustand hat eine weniger organisierte Struktur und daher kein definiertes Volumen. Wenn wir wie im vorherigen Fall die Temperatur oder den Druck der Flüssigkeit ändern, können wir sie in einen gasförmigen Zustand überführen.

In einem Gas sind die zwischenmolekularen Kräfte sehr klein und in manchen Fällen praktisch Null. Gase gelten als Flüssigkeiten, in denen sich die Moleküle, aus denen sie bestehen, frei bewegen. Durch die Erhöhung der Temperatur oder des Drucks eines Gases wird mehr Bewegung der Moleküle erzeugt, aus denen es besteht, und auch die Anzahl der Kollisionen nimmt zu. Diese Kollisionen können dazu führen, dass sich die Elektronen bestimmter Atome aus ihren Orbitalen lösen und frei werden.

An diesem Punkt entsteht ein Plasma, ein ionisiertes Gas mit einer bestimmten Menge an Kationen (positiven Ionen) und freien Elektronen. Freie elektrische Ladungen machen Plasmen zu hervorragenden elektrischen Leitern und reagieren auch auf elektromagnetische Felder.

Man könnte sagen, dass dieser neue Zustand der Materie erstmals von William Crookes in seinen Experimenten mit Kathodenstrahlen in den 1880er Jahren untersucht wurde. Allerdings war es der Physiker Irving Langmuir, der 1928 den Begriff „Plasma“ prägte, um dieses ionisierte Gas zu bezeichnen, das später als ein anderer Zustand der Materie betrachtet wurde.

Plasma auf der Erde und im Universum

Plasma gilt als der am häufigsten vorkommende Aggregatzustand der Materie. Fast 99 % der baryonischen Materie, die wir im Universum beobachten können, befindet sich im plasmatischen Zustand.

Dies trifft auf unseren Planeten offensichtlich nicht zu, da sich die meiste Materie, die wir hier beobachten, in den anderen drei Aggregatzuständen befindet. Es gibt jedoch bestimmte Orte oder Phänomene, an denen wir Materie im plasmatischen Zustand beobachten können. Die Blitze, die wir während eines Gewitters beobachten können, entstehen durch die Ionisierung von Gas in der Atmosphäre. Die Ionosphäre, die durch Sonnenstrahlung ionisierte Schicht der Atmosphäre, ist ebenfalls ein Plasma, ebenso wie die polare Polarlichter, die durch die Wechselwirkung zwischen dem Erdmagnetfeld und den Winden beobachtet werden können Solar.

Im Universum können wir Plasma fast überall finden. Die Sterne selbst sind große Plasmakugeln, die durch thermonukleare Reaktionen in ihren Kernen entstehen. Darüber hinaus ionisiert die von den Sternen erzeugte Wärme auch das sie umgebende gasförmige Medium. Allgemein kann man sagen, dass das interstellare Medium ebenfalls ein Plasma ist. Außerdem neigen Sterne dazu, große Strahlen geladener Teilchen auszustoßen, die wir „Sonnenwinde“ nennen und bei denen es sich um Materie im plasmatischen Zustand handelt. Viele der Nebel, die an verschiedenen Orten im Universum zu sehen sind, sind nichts anderes als ionisiertes Gas, das einen oder mehrere Sterne umgibt.

In unserem Alltag finden wir auch mehrere Beispiele für den technologischen Nutzen von Plasma. Plasmadisplays verwenden, wie der Name schon sagt, mit Edelgasen gefüllte Kammern, die ionisieren und Licht emittieren. Wir finden Plasma auch in Leuchtstoffröhren, Neonlichtern und Plasmalampen, die für dekorative Zwecke verwendet werden.

Ein fünfter Aggregatzustand?

Kürzlich durchgeführte Experimente unter extremen Bedingungen haben es geschafft, den von vielen als fünften Aggregatzustand der Materie bezeichneten Zustand zu erreichen. Dabei handelt es sich um das Quark-Gluon-Plasma, eine Art Plasma bestehend aus freien Quarks und Gluonen.

Quarks und Gluonen sind die Bausteine ​​der Protonen und Neutronen, aus denen Atomkerne bestehen. Quark- und Gluonenplasma entsteht in Teilchenbeschleunigern, wenn schwere Kerne aus Blei oder Gold kollidieren. Der Zusammenstoß zwischen den Kernen erzeugt genügend Temperatur, sodass die Quarks und Gluonen für einige Momente frei sind und das Plasma entsteht.

Die Untersuchung des Plasmas von Quarks und Gluonen ist besonders relevant, da es sich um die ersten Momente handelt Nach dem Urknall und vor der Bildung der ersten Atome wird angenommen, dass sich darin die vorhandene Materie befand Zustand.