플라즈마의 정의(물질 상태, 물리 및 화학)

엔젤 사모라 라미레즈
물리학 학위

플라즈마는 일부가 이온화되어 있는 기체 유체입니다. 상당한 양의 이온과 자유 전자가 집합체의 네 번째 상태를 구성합니다. 주제.

고체, 액체, 기체... 아마도 우리 대부분은 이 세 가지 상태에 익숙할 것입니다. 그러나 기체 상태에 이어 우리가 종종 통과하는 네 번째 응집 상태가 있습니다. 높은. 별, 플라즈마 스크린, 불 등에서 찾을 수 있는 이온화된 가스인 플라즈마에 관한 것입니다.

응집 상태로서의 플라즈마

물질이 고체 상태에 있을 때 원자 또는 분자는 그들 사이의 응집력을 받고 정의된 구조를 형성합니다. 고체 분자의 온도나 압력을 변화시키면 그들은 더 많이 움직이기 시작하고 결국 분자간 힘이 감소하고 우리는 상태로 이동합니다. 액체.

액체 상태에서 분자 사이의 응집력은 고체 상태보다 작습니다. 액체 상태의 물질은 덜 조직화된 구조를 가지므로 정의된 부피가 없습니다. 앞의 경우와 마찬가지로 액체의 온도나 압력을 수정하면 기체 상태로 변경할 수 있습니다.

기체에서 분자간 힘은 매우 작고 어떤 경우에는 거의 0입니다. 기체는 기체를 구성하는 분자가 자유롭게 움직이는 유체로 간주됩니다. 기체의 온도나 압력을 높이면 기체를 구성하는 분자의 움직임이 많아지고 충돌 횟수도 증가합니다. 이러한 충돌로 인해 특정 원자의 전자가 궤도에서 벗어나 자유로울 수 있습니다.

이 시점에서 특정 양의 양이온(양이온)과 자유 전자를 포함하는 이온화된 가스인 플라즈마가 생성됩니다. 자유 전하는 플라즈마를 우수한 전기 전도체로 만들고 전자기장에 반응합니다.

이 새로운 물질 상태는 1880년대에 윌리엄 크룩스(William Crookes)가 음극선 실험에서 처음으로 연구했다고 말할 수 있습니다. 그러나 1928년 물리학자 Irving Langmuir는 나중에 물질의 또 다른 상태로 간주될 이 이온화된 가스를 지칭하기 위해 "플라즈마"라는 용어를 만들었습니다.

지구와 우주의 플라즈마

플라즈마는 물질이 가장 많이 응집된 상태로 간주됩니다. 우리가 우주에서 관찰할 수 있는 바리온 물질의 거의 99%는 플라스마 상태에 있습니다.

이것은 분명히 우리 행성에 적용되지 않는데, 우리가 여기에서 관찰하는 대부분의 물질이 다른 세 가지 응집 상태에 있기 때문입니다. 그러나 플라즈마 상태의 물질을 관찰할 수 있는 특정 장소나 현상이 있습니다. 천둥 번개가 치는 동안 관찰할 수 있는 번개는 대기 중 가스의 이온화로 인해 발생합니다. 태양 복사로 인해 대기의 이온화된 층인 전리층도 플라스마입니다. 지구 자기장과 바람의 상호작용으로 관측할 수 있는 극지방의 오로라 태양.

우주에서 우리는 거의 모든 곳에서 플라즈마를 찾을 수 있습니다. 별 자체는 핵에서 발생하는 열핵 반응으로 인해 발생하는 큰 플라즈마 구체입니다. 또한 별에서 발생하는 열은 별을 둘러싼 기체 매질도 이온화합니다. 일반적으로 성간 매질도 플라즈마라고 말할 수 있습니다. 또한 별은 우리가 "태양풍"이라고 부르는 플라스마 상태의 물질인 하전 입자의 큰 제트를 방출하는 경향이 있습니다. 우주의 여러 곳에서 볼 수 있는 많은 성운은 하나 이상의 별을 둘러싸고 있는 이온화된 가스에 지나지 않습니다.

우리 일상에서 우리는 또한 플라즈마가 가지고 있는 기술적 사용의 몇 가지 예를 찾을 수 있습니다. 플라즈마 디스플레이는 이름에서 알 수 있듯이 이온화하고 빛을 방출하는 비활성 기체로 채워진 구획을 사용합니다. 장식용으로 사용되는 형광등, 네온등, 플라즈마 램프에서도 플라즈마를 찾을 수 있습니다.

물질의 다섯 번째 상태?

극한 조건에서 수행된 최근 실험은 많은 사람들이 다섯 번째 물질 응집 상태라고 생각하는 것을 얻을 수 있었습니다. 이것은 자유 쿼크와 글루온으로 구성된 플라즈마의 일종인 쿼크-글루온 플라즈마입니다.

쿼크와 글루온은 원자핵을 구성하는 양성자와 중성자의 구성 요소입니다. 쿼크와 글루온 플라즈마는 납이나 금의 무거운 핵이 충돌할 때 입자 가속기에서 얻어집니다. 핵 사이의 충돌은 충분한 온도를 생성하여 잠시 동안 쿼크와 글루온이 자유로워지고 플라즈마가 형성됩니다.

쿼크와 글루온의 플라즈마를 연구하는 것은 특히 관련이 있습니다. 빅뱅 이후 최초의 원자가 형성되기 전에 존재하는 물질이 여기에 있었다고 믿어진다. 상태.