Plasma määratlus (aine olek, füüsika ja keemia)

Ingel Zamora Ramirez
Füüsika kraad

Plasma on gaasiline vedelik, milles osa sellest on ioniseeritud, see tähendab, et sellel on a märkimisväärne hulk ioone ja vabu elektrone, moodustades neljanda agregatsiooni oleku teema.

Tahke, vedel ja gaas... Võib-olla on enamik meist tuttavad nende kolme olekuga ainest on aga neljas agregatsiooni olek, mis tuleneb gaasilisest olekust ja mida me sageli läbime kõrge. See räägib plasmast, ioniseeritud gaasist, mida võime leida tähtedest, plasmaekraanidest, tulest jne.

Plasma kui agregatsiooniseisund

Kui aine on tahkes olekus, alluvad selle aatomid või molekulid nendevahelisele sidusjõule ja moodustavad määratletud struktuure. Kui muudame tahke aine temperatuuri või rõhku nii, et selle molekulid hakkavad rohkem liikuma, lõpuks molekulidevahelised jõud vähenevad ja läheme olekusse vedel.

Vedelas olekus on molekulide vahelised kohesioonijõud väiksemad kui tahkes olekus. Vedelas olekus ainel on vähem organiseeritud struktuur ja seetõttu ei ole sellel kindlat mahtu. Nagu eelmisel juhul, kui muudame vedeliku temperatuuri või rõhku, saame selle muuta gaasiliseks.

Gaasis on molekulidevahelised jõud väga väikesed ja mõnel juhul praktiliselt nullid. Gaase peetakse vedelikeks, milles neid moodustavad molekulid liiguvad vabalt. Gaasi temperatuuri või rõhu tõstmisel tekib gaasi moodustavate molekulide suurem liikumine ja suureneb ka kokkupõrgete arv. Need kokkupõrked võivad põhjustada teatud aatomite elektronide orbitaalidelt vabanemist ja vabanemist.

Just selles punktis tekib plasma, ioniseeritud gaas teatud hulga katioonide (positiivsete ioonide) ja vabade elektronidega. Tasuta elektrilaengud muudavad plasmad suurepäraseks elektrijuhiks ja reageerivad ka elektromagnetväljadele.

Võib öelda, et seda uut aine olekut uuris esmakordselt William Crookes oma katsetes katoodkiirtega 1880. aastatel. Kuid füüsik Irving Langmuir võttis 1928. aastal kasutusele termini "plasma", et viidata sellele ioniseeritud gaasile, mida hiljem peeti teiseks aine olekuks.

Plasma Maal ja universumis

Plasmat peetakse kõige rikkalikumaks aine agregatsiooni olekuks. Peaaegu 99% barüoonsest ainest, mida me universumis vaadelda saame, on plasma olekus.

Ilmselgelt see meie planeedi kohta ei kehti, kuna suurem osa siin vaadeldavast ainest on ülejäänud kolmes agregatsiooni olekus. Siiski on teatud kohti või nähtusi, kus saame jälgida ainet plasma olekus. Äikese ajal täheldatav välk tuleneb gaasi ionisatsioonist atmosfääris. Ionosfäär, mis on päikesekiirguse toimel atmosfääri ioniseeritud kiht, on samuti plasma, nagu ka polaarsed aurorad, mida võib täheldada Maa magnetvälja ja tuulte vastasmõju tulemusena päikeseenergia.

Universumis leiame plasmat peaaegu kõikjal. Tähed ise on suured plasmakerad, mis tulenevad nende tuumades toimuvatest termotuumareaktsioonidest. Lisaks ioniseerib tähtede tekitatud soojus ka neid ümbritsevat gaasilist keskkonda, üldsõnaliselt võib öelda, et ka tähtedevaheline keskkond on plasma. Samuti kipuvad tähed väljutama suuri laetud osakeste jugasid, mida me nimetame "päikesetuuledeks" ja mis on plasma olekus mateeria. Paljud udukogud, mida võib universumi erinevates kohtades näha, pole midagi muud kui ioniseeritud gaas, mis ümbritseb üht või mitut tähte.

Igapäevaselt võime leida ka mitmeid näiteid plasma tehnoloogilisest kasutamisest. Plasmaekraanidel, nagu nimigi ütleb, kasutatakse ioniseerivate ja valgust kiirgavate väärisgaasidega täidetud sektsioone. Plasma leiame ka luminofoorlampidest, neoonvalgustitest ja plasmalampidest, mida kasutatakse dekoratiivsetel eesmärkidel.

Aine viies olek?

Hiljutised ekstreemsetes tingimustes tehtud katsed on suutnud saavutada seda, mida paljud peavad aine viiendaks agregatsiooni olekuks. See on Quark-Gluon Plasma, teatud tüüpi plasma, mis koosneb vabadest kvarkidest ja gluoonidest.

Kvargid ja gluoonid on aatomituumade prootonite ja neutronite ehitusplokid. Kvark- ja gluoonplasma saadakse osakeste kiirendites raskete plii- või kullatuumade põrkumisel. Tuumade kokkupõrge tekitab piisavalt temperatuuri, nii et mõneks hetkeks vabanevad kvargid ja gluoonid ning moodustub plasma.

Kvarkide ja gluoonide plasma uurimine on eriti aktuaalne, sest esimestel hetkedel pärast Suurt Pauku ja enne esimeste aatomite teket arvatakse, et olemasolev aine oli selles olek.