プラズマの定義 (物質の状態、物理学、化学)

アンヘル・サモラ・ラミレス
物理学の学位

プラズマは、その一部がイオン化された気体流体です。 かなりの量のイオンと自由電子が存在し、第 4 の凝集状態を構成します。 主題。

固体、液体、気体...おそらく私たちのほとんどは、これらの 3 つの状態に精通しています。 ただし、気体状態の後には凝集の第 4 の状態があり、それを通過することがよくあります。 高い。 これは、星、プラズマ スクリーン、火などで見られるイオン化ガスであるプラズマに関するものです。

凝集状態としてのプラズマ

物質が固体状態にあるとき、その原子または分子はそれらの間の凝集力を受けて、明確な構造を形成します。 固体の分子が変化するように温度や圧力を変化させると、 それらはさらに動き始め、最終的には分子間力が減少し、次の状態になります。 液体。

液体状態では、分子間の凝集力は固体状態よりも小さくなります。 液体状態の物質は構造があまり組織化されていないため、定義された体積を持ちません。 前のケースと同様に、液体の温度または圧力を変更すると、液体を気体状態に変化させることができます。

気体中では分子間力は非常に小さく、場合によっては実質的にゼロになります。 気体は、それを構成する分子が自由に移動する流体と考えられます。 気体の温度や圧力が上がると、それを構成する分子の動きが活発になり、衝突の回数も増えます。 これらの衝突により、特定の原子の電子が軌道から外れて自由になる可能性があります。

この時点で、一定量のカチオン (正イオン) と自由電子を含むイオン化ガスであるプラズマが生成されます。 自由電荷によりプラズマは優れた導電体となり、電磁場にも反応します。

この新しい物質の状態は、1880 年代にウィリアム・クルックスによって陰極線を用いた実験で初めて研究されたと言えます。 しかし、1928 年に、後に別の物質の状態とみなされるこのイオン化されたガスを指す「プラズマ」という用語を作ったのは物理学者のアービング ラングミュアでした。

地球と宇宙のプラズマ

プラズマは物質が最も豊富に集合した状態であると考えられています。 私たちが宇宙で観察できるバリオン物質のほぼ 99% はプラズマ状態にあります。

ここで観察される物質のほとんどは他の 3 つの集合状態にあるため、これは明らかに私たちの惑星には当てはまりません。 しかし、物質をプラズマ状態で観察できる特定の場所や現象が存在します。 雷雨の際に観測できる雷は、大気中のガスのイオン化によって発生します。 太陽放射による大気の電離層である電離層もプラズマです。 地球の磁場と風の相互作用の結果として観察できる極地のオーロラ 太陽。

宇宙では、ほぼどこでもプラズマを見つけることができます。 星自体は、その中心で起こる熱核反応から生じるプラズマの大きな球体です。 さらに、星が発生する熱は、星を取り囲むガス状物質もイオン化します。一般的には、星間物質もプラズマであると言えます。 また、星は、私たちが「太陽風」と呼ぶ、プラズマ状態の物質である荷電粒子の大きなジェットを放出する傾向があります。 宇宙のさまざまな場所で見られる星雲の多くは、1 つまたは複数の星を取り囲む電離ガスにすぎません。

私たちの日常生活でも、プラズマが技術的に利用されている例をいくつか見つけることができます。 プラズマ ディスプレイは、その名前が示すように、イオン化して光を放出する希ガスで満たされたコンパートメントを使用します。 装飾目的で使用される蛍光管、ネオン、プラズマ ランプにもプラズマが含まれています。

物質の第五の状態?

極端な条件下で行われた最近の実験は、物質の凝集の第 5 状態と多くの人が考えているものを得ることができました。 これは、自由クォークとグルーオンで構成されるプラズマの一種であるクォーク・グルーオン・プラズマです。

クォークとグルーオンは、原子核を構成する陽子と中性子の構成要素です。 クォークとグルーオンのプラズマは、粒子加速器で鉛や金の重い原子核が衝突すると得られます。 原子核間の衝突により十分な温度が生成されるため、しばらくの間クォークとグルーオンが解放され、プラズマが形成されます。

クォークとグルーオンのプラズマの研究は、最初の瞬間に特に重要です。 ビッグバンの後、最初の原子が形成される前に、既存の物質はこの中にあったと考えられています。 州。