Definicija plazme (stanje materije, fizika i kemija)

Angel Zamora Ramirez
Diploma iz fizike

Plazma je plinoviti fluid u kojem je jedan njezin dio ioniziran, odnosno ima a značajna količina iona i slobodnih elektrona, koji čine četvrto stanje agregacije subjekt.

Čvrsto, tekuće i plinovito... Možda su većina nas upoznati s ova tri stanja materije, međutim, postoji četvrto agregatno stanje koje slijedi iz plinovitog stanja i kroz koje često prolazimo visoka. Riječ je o plazmi, ioniziranom plinu kojeg nalazimo u zvijezdama, plazma ekranima, vatri itd.

Plazma kao agregatno stanje

Kada je materija u čvrstom stanju, njezini atomi ili molekule podložni su kohezivnim silama između sebe i tvore definirane strukture. Promijenimo li temperaturu ili tlak čvrste tvari na način da njezine molekule počinju se više kretati, na kraju se međumolekularne sile smanjuju i prelazimo u stanje tekućina.

U tekućem stanju kohezijske sile između molekula manje su nego u krutom stanju. Tvar u tekućem stanju ima slabije organiziranu strukturu i stoga nema definiran volumen. Kao u prethodnom slučaju, ako promijenimo temperaturu ili tlak tekućine, možemo učiniti da prijeđe u plinovito stanje.

U plinu su međumolekularne sile vrlo male iu nekim slučajevima praktički ravne nuli. Plinovi se smatraju tekućinama u kojima se molekule koje ih sačinjavaju slobodno kreću. Povećanjem temperature ili tlaka plina stvara se više kretanja molekula koje ga sačinjavaju, a povećava se i broj sudara. Ovi sudari mogu uzrokovati da se elektroni određenih atoma oslobode svojih orbitala i oslobode se.

U tom trenutku nastaje plazma, ionizirani plin s određenom količinom kationa (pozitivnih iona) i slobodnih elektrona. Slobodni električni naboji čine plazmu izvrsnim električnim vodičima i također reagiraju na elektromagnetska polja.

Moglo bi se reći da je ovo novo agregatno stanje prvi proučavao William Crookes u svojim eksperimentima s katodnim zrakama 1880-ih. Međutim, fizičar Irving Langmuir bio je taj koji je 1928. skovao pojam "plazma" za ovaj ionizirani plin koji će se kasnije smatrati drugim agregatnim stanjem.

Plazma na Zemlji iu svemiru

Plazma se smatra najobilnijim stanjem agregacije tvari. Gotovo 99% barionske materije koju možemo promatrati u svemiru je u plazmatskom stanju.

Ovo se jasno ne odnosi na naš planet, budući da je većina materije koju ovdje promatramo u druga tri agregatna stanja. Međutim, postoje određena mjesta ili fenomeni na kojima možemo promatrati materiju u plazmatskom stanju. Munje koje možemo primijetiti tijekom grmljavinske oluje nastaju ionizacijom plina u atmosferi. Ionosfera, koja je ionizirani sloj atmosfere uslijed sunčevog zračenja, također je plazma, kao i polarne aurore koje se mogu promatrati kao rezultat interakcije između zemljinog magnetskog polja i vjetrova solarni.

U svemiru plazmu možemo pronaći gotovo posvuda. Same zvijezde su velike sfere plazme koje su rezultat termonuklearnih reakcija koje se odvijaju u njihovim jezgrama. Osim toga, toplina koju stvaraju zvijezde također ionizira plinoviti medij koji ih okružuje, općenito možemo reći da je međuzvjezdani medij također plazma. Također, zvijezde imaju tendenciju izbacivanja velikih mlazova nabijenih čestica koje nazivamo "solarni vjetrovi" i koje su materija u plazmatskom stanju. Mnoge od maglica koje se mogu vidjeti na raznim mjestima u svemiru nisu ništa više od ioniziranog plina koji okružuje jednu ili više zvijezda.

U našem svakodnevnom životu također možemo pronaći nekoliko primjera tehnološke upotrebe plazme. Plazma zasloni, kao što ime govori, koriste odjeljke ispunjene plemenitim plinovima koji ioniziraju i emitiraju svjetlost. Plazmu možemo pronaći iu fluorescentnim cijevima, neonskim svjetlima i plazma lampama koje se koriste u dekorativne svrhe.

Peto agregatno stanje?

Nedavni eksperimenti provedeni pod ekstremnim uvjetima uspjeli su dobiti ono što mnogi smatraju petim agregatnim stanjem materije. Ovo je kvark-gluonska plazma, vrsta plazme sastavljena od slobodnih kvarkova i gluona.

Kvarkovi i gluoni građevni su blokovi protona i neutrona koji čine atomske jezgre. Kvarkova i gluonska plazma se dobiva u akceleratorima čestica kada se sudaraju teške jezgre olova ili zlata. Sudar između jezgri stvara dovoljnu temperaturu tako da su kvarkovi i gluoni na nekoliko trenutaka slobodni i nastaje plazma.

Proučavanje plazme kvarkova i gluona posebno je relevantno jer tijekom prvih trenutaka nakon Velikog praska i prije nastanka prvih atoma, vjeruje se da je u tome bila postojeća materija država.