A plazma meghatározása (az anyag állapota, fizika és kémia)

Zamora Ramirez angyal
Fizikus végzettség

A plazma olyan gáznemű folyadék, amelyben egy része ionizált, azaz rendelkezik a jelentős mennyiségű ion és szabad elektron, amely a negyedik aggregációs állapotot alkotja tantárgy.

Szilárd, folyékony és gáz... Talán a legtöbbünk ismeri ezt a három állapotot az anyagnak azonban van egy negyedik halmazállapota, amely a gáz halmazállapotból következik, és amelyen gyakran áthaladunk. magas. A plazmáról szól, egy ionizált gázról, amelyet csillagokban, plazmaképernyőkön, tűzben stb. találhatunk.

A plazma mint aggregációs állapot

Amikor az anyag szilárd halmazállapotú, atomjai vagy molekulái között kohéziós erők érik, és meghatározott szerkezeteket alkotnak. Ha a szilárd anyag hőmérsékletét vagy nyomását úgy változtatjuk meg, hogy a molekulái többet kezdenek mozogni, végül az intermolekuláris erők csökkennek, és megyünk az állapotba folyékony.

Folyékony állapotban a molekulák közötti kohéziós erők kisebbek, mint szilárd állapotban. A folyékony halmazállapotú anyag kevésbé szervezett szerkezetű, ezért nincs meghatározott térfogata. Az előző esethez hasonlóan, ha módosítjuk a folyadék hőmérsékletét vagy nyomását, akkor azt gáz halmazállapotúvá tehetjük.

Egy gázban az intermolekuláris erők nagyon kicsik, és bizonyos esetekben gyakorlatilag nullák. A gázok olyan folyadékok, amelyekben az őket alkotó molekulák szabadon mozognak. A gáz hőmérsékletének vagy nyomásának növelésével a gázt alkotó molekulák több mozgása keletkezik, és az ütközések száma is nő. Ezek az ütközések bizonyos atomok elektronjainak kiszabadulását okozhatják pályájukról, és szabaddá válhatnak.

Ezen a ponton keletkezik egy plazma, egy ionizált gáz bizonyos mennyiségű kationnal (pozitív ionokkal) és szabad elektronokkal. A szabad elektromos töltések a plazmákat kiváló elektromos vezetővé teszik, és reagálnak az elektromágneses mezőkre is.

Elmondható, hogy ezt az új halmazállapotot először William Crookes tanulmányozta katódsugarakkal végzett kísérleteiben az 1880-as években. Azonban Irving Langmuir fizikus volt az, aki 1928-ban megalkotta a „plazma” kifejezést, hogy utaljon erre az ionizált gázra, amelyet később egy másik halmazállapotnak tekintenek.

Plazma a Földön és az Univerzumban

A plazma a legelterjedtebb anyaghalmazállapot. Az Univerzumban megfigyelhető barion anyag csaknem 99%-a plazmatikus állapotban van.

Ez nyilvánvalóan nem vonatkozik bolygónkra, mivel az itt megfigyelt anyag nagy része az aggregáció másik három állapotában van. Vannak azonban bizonyos helyek vagy jelenségek, ahol megfigyelhetjük az anyagot plazmatikus állapotban. A zivatar során megfigyelhető villámlás a légkörben lévő gáz ionizációjának eredménye. Az ionoszféra, amely a napsugárzás hatására a légkör ionizált rétege, szintén plazma, akárcsak a poláris aurórák, amelyek a föld mágneses tere és a szelek kölcsönhatása eredményeként figyelhetők meg nap.

Az Univerzumban szinte mindenhol találhatunk plazmát. Maguk a csillagok nagy plazmagömbök, amelyek a magjukban végbemenő termonukleáris reakciókból származnak. Ráadásul a csillagok által keltett hő az őket körülvevő gáznemű közeget is ionizálja, általánosságban elmondhatjuk, hogy a csillagközi közeg is plazma. Ezenkívül a csillagok hajlamosak nagy, töltött részecskék sugarait kilökni, amelyeket "napszélnek" nevezünk, és amelyek plazma állapotú anyag. Az Univerzum különböző helyein látható ködök közül sok nem más, mint egy vagy több csillagot körülvevő ionizált gáz.

Napjainkban is számos példát találhatunk a plazma technológiai felhasználására. A plazmakijelzők, ahogy a neve is sugallja, ionizáló és fényt kibocsátó nemesgázokkal töltött rekeszeket használnak. A plazmát fénycsövekben, neonlámpákban, dekorációs célokra használt plazmalámpákban is találjuk.

Az anyag ötödik állapota?

A közelmúltban, extrém körülmények között végzett kísérletek során sikerült elérni azt, amit sokan az anyag aggregációjának ötödik állapotának tartanak. Ez a Quark-Gluon Plasma, egy plazmatípus, amely szabad kvarkokból és gluonokból áll.

A kvarkok és a gluonok az atommagot alkotó protonok és neutronok építőkövei. Kvark- és gluonplazmát részecskegyorsítókban nyernek, amikor nehéz ólom- vagy aranymagok ütköznek. Az atommagok ütközése elegendő hőmérsékletet generál ahhoz, hogy néhány pillanatra a kvarkok és a gluonok szabaddá váljanak, és kialakuljon a plazma.

A kvarkok és gluonok plazmájának tanulmányozása különösen fontos, mert az első pillanatokban az ősrobbanás után és az első atomok kialakulása előtt úgy tartják, hogy a létező anyag ebben volt állapot.