Plazmos apibrėžimas (medžiagos būsena, fizika ir chemija)

Angelas Zamora Ramirez
Fizikos laipsnis

Plazma yra dujinis skystis, kuriame jo dalis yra jonizuota, tai yra, ji turi a didelis kiekis jonų ir laisvųjų elektronų, sudarančių ketvirtąją agregacijos būseną tema.

Kietas, skystas ir dujinis... Galbūt dauguma iš mūsų yra susipažinę su šiomis trimis būsenomis Tačiau yra ketvirtoji agregacijos būsena, kuri išplaukia iš dujinės būsenos ir kurią dažnai praeiname aukštas. Kalbama apie plazmą, jonizuotas dujas, kurias galime rasti žvaigždėse, plazminiuose ekranuose, ugnyje ir kt.

Plazma kaip agregacijos būsena

Kai medžiaga yra kietos būsenos, jos atomai arba molekulės yra veikiamos sanglaudos jėgų tarp jų ir sudaro apibrėžtas struktūras. Jeigu kietosios medžiagos temperatūrą ar slėgį pakeisime taip, kad jos molekulės jie pradeda daugiau judėti, ilgainiui tarpmolekulinės jėgos sumažėja ir einame į būseną skystis.

Skystoje būsenoje sanglaudos jėgos tarp molekulių yra mažesnės nei kietoje būsenoje. Skystoje būsenoje esanti medžiaga turi mažiau organizuotą struktūrą, todėl neturi apibrėžto tūrio. Kaip ir ankstesniu atveju, jei pakeisime skysčio temperatūrą arba slėgį, galime pakeisti jį į dujinę būseną.

Dujose tarpmolekulinės jėgos yra labai mažos ir kai kuriais atvejais praktiškai lygios nuliui. Dujos laikomos skysčiais, kuriuose jas sudarančios molekulės juda laisvai. Didinant dujų temperatūrą ar slėgį, atsiranda didesnis jas sudarančių molekulių judėjimas, taip pat padidėja susidūrimų skaičius. Dėl šių susidūrimų tam tikrų atomų elektronai gali išsilaisvinti iš savo orbitų ir išsilaisvinti.

Būtent šiuo metu susidaro plazma, jonizuotos dujos su tam tikru kiekiu katijonų (teigiamų jonų) ir laisvųjų elektronų. Laisvieji elektros krūviai daro plazmą puikiais elektros laidininkais ir taip pat reaguoja į elektromagnetinius laukus.

Galima sakyti, kad šią naują materijos būseną pirmasis ištyrė Williamas Crookesas, atlikdamas eksperimentus su katodiniais spinduliais 1880-aisiais. Tačiau būtent fizikas Irvingas Langmuiras 1928 m. sukūrė terminą „plazma“, nurodydamas šias jonizuotas dujas, kurios vėliau bus laikomos kita materijos būsena.

Plazma Žemėje ir Visatoje

Plazma laikoma gausiausia medžiagų agregacijos būsena. Beveik 99% barioninės medžiagos, kurią galime stebėti Visatoje, yra plazminės būsenos.

Tai aiškiai netaikoma mūsų planetai, nes didžioji dalis čia stebimų medžiagų yra kitose trijose agregacijos būsenose. Tačiau yra tam tikrų vietų ar reiškinių, kur galime stebėti materiją plazminėje būsenoje. Žaibas, kurį galime stebėti per perkūniją, atsiranda dėl dujų jonizacijos atmosferoje. Jonosfera, kuri yra jonizuotas atmosferos sluoksnis dėl saulės spinduliuotės, taip pat yra plazma, kaip ir poliarinės pašvaistės, kurias galima pastebėti dėl žemės magnetinio lauko ir vėjų sąveikos saulės.

Plazmą Visatoje galime rasti beveik visur. Pačios žvaigždės yra didelės plazmos sferos, atsirandančios dėl jų šerdyje vykstančių termobranduolinių reakcijų. Be to, žvaigždžių generuojama šiluma jonizuoja ir jas supančią dujinę terpę, apibendrintai galima teigti, kad tarpžvaigždinė terpė taip pat yra plazma. Be to, žvaigždės linkusios išstumti didelius įkrautų dalelių čiurkšles, kurias vadiname „saulės vėjais“ ir kurios yra plazminės būsenos materija. Daugelis ūkų, kuriuos galima pamatyti įvairiose Visatos vietose, yra ne kas kita, kaip jonizuotos dujos, supančios vieną ar kelias žvaigždes.

Savo kasdieniame gyvenime taip pat galime rasti keletą plazmos technologinio panaudojimo pavyzdžių. Plazminiuose ekranuose, kaip rodo pavadinimas, naudojami skyriai, užpildyti tauriosiomis dujomis, kurios jonizuoja ir skleidžia šviesą. Plazmos taip pat galime rasti fluorescencinėse lempose, neoninėse lempose, plazminėse lempose, kurios naudojamos dekoratyviniais tikslais.

Penktoji materijos būsena?

Naujausi eksperimentai, atlikti ekstremaliomis sąlygomis, sugebėjo gauti tai, ką daugelis laiko penktąja medžiagos agregacijos būsena. Tai yra Quark-Gluon plazma, plazmos rūšis, sudaryta iš laisvųjų kvarkų ir gliuonų.

Kvarkai ir gliuonai yra protonų ir neutronų, sudarančių atomo branduolius, statybiniai blokai. Kvarko ir gliuono plazma gaunama dalelių greitintuvuose, kai susiduria sunkieji švino ar aukso branduoliai. Susidūrimas tarp branduolių sukuria pakankamai temperatūros, kad keletą akimirkų kvarkai ir gliuonai būtų laisvi ir susidarytų plazma.

Kvarkų ir gliuonų plazmos tyrimas ypač aktualus, nes pirmomis akimirkomis po Didžiojo sprogimo ir prieš susiformuojant pirmiesiems atomams, manoma, kad egzistuojanti medžiaga buvo šiame valstybė.