Definicja plazmy (stan materii, fizyka i chemia)

Anioł Zamora Ramirez
Dyplom z fizyki

Plazma jest płynem gazowym, w którym część jest zjonizowana, to znaczy ma znaczną ilość jonów i wolnych elektronów, stanowiących czwarty stan skupienia temat.

Ciało stałe, ciecz i gaz... Być może większość z nas zna te trzy stany skupienia materii istnieje jednak czwarty stan skupienia, który wynika ze stanu gazowego i przez który często przechodzimy wysoki. Chodzi o plazmę, zjonizowany gaz, który możemy znaleźć w gwiazdach, ekranach plazmowych, ogniu itp.

Plazma jako stan skupienia

Kiedy materia jest w stanie stałym, jej atomy lub cząsteczki podlegają siłom spójności między nimi i tworzą określone struktury. Jeśli zmienimy temperaturę lub ciśnienie ciała stałego w taki sposób, że jego cząsteczki zaczynają się bardziej poruszać, w końcu siły międzycząsteczkowe maleją i przechodzimy do stanu płyn.

W stanie ciekłym siły kohezji między cząsteczkami są mniejsze niż w stanie stałym. Materia w stanie ciekłym ma mniej zorganizowaną strukturę i dlatego nie ma określonej objętości. Podobnie jak w poprzednim przypadku, modyfikując temperaturę lub ciśnienie cieczy, możemy sprawić, że przejdzie ona w stan gazowy.

W gazie siły międzycząsteczkowe są bardzo małe, aw niektórych przypadkach praktycznie zerowe. Gazy są uważane za płyny, w których tworzące je cząsteczki poruszają się swobodnie. Zwiększając temperaturę lub ciśnienie gazu, generowany jest większy ruch cząsteczek, które go tworzą, a także zwiększa się liczba zderzeń. Te zderzenia mogą spowodować, że elektrony niektórych atomów uwolnią się z orbitali i uwolnią.

W tym momencie generowana jest plazma, zjonizowany gaz z pewną ilością kationów (jonów dodatnich) i wolnych elektronów. Swobodne ładunki elektryczne sprawiają, że plazma jest doskonałym przewodnikiem elektrycznym, a także reaguje na pola elektromagnetyczne.

Można powiedzieć, że ten nowy stan materii został po raz pierwszy zbadany przez Williama Crookesa w jego eksperymentach z promieniami katodowymi w latach osiemdziesiątych XIX wieku. Jednak to fizyk Irving Langmuir w 1928 roku ukuł termin „plazma” w odniesieniu do tego zjonizowanego gazu, który później został uznany za inny stan materii.

Plazma na Ziemi i we Wszechświecie

Plazma jest uważana za najbardziej obfity stan skupienia materii. Prawie 99% materii barionowej, którą możemy zaobserwować we Wszechświecie, znajduje się w stanie plazmy.

Oczywiście nie dotyczy to naszej planety, ponieważ większość materii, którą tu obserwujemy, znajduje się w pozostałych trzech stanach skupienia. Istnieją jednak pewne miejsca lub zjawiska, w których możemy obserwować materię w stanie plazmatycznym. Błyskawica, którą możemy zaobserwować podczas burzy, jest wynikiem jonizacji gazu w atmosferze. Jonosfera, która jest zjonizowaną warstwą atmosfery w wyniku promieniowania słonecznego, jest również plazmą, podobnie jak polarne zorze, które można zaobserwować w wyniku interakcji między ziemskim polem magnetycznym a wiatrami słoneczny.

We Wszechświecie plazmę możemy znaleźć niemal wszędzie. Same gwiazdy to duże kule plazmy powstałe w wyniku reakcji termojądrowych zachodzących w ich jądrach. Ponadto ciepło wytwarzane przez gwiazdy jonizuje również otaczający je ośrodek gazowy, ogólnie można powiedzieć, że ośrodek międzygwiazdowy to także plazma. Ponadto gwiazdy mają tendencję do wyrzucania dużych dżetów naładowanych cząstek, które nazywamy „wiatrami słonecznymi” i które są materią w stanie plazmatycznym. Wiele mgławic, które można zobaczyć w różnych miejscach we Wszechświecie, to nic innego jak zjonizowany gaz otaczający jedną lub więcej gwiazd.

W naszej codzienności również możemy znaleźć kilka przykładów technologicznego zastosowania plazmy. Wyświetlacze plazmowe, jak sama nazwa wskazuje, wykorzystują komory wypełnione gazami szlachetnymi, które jonizują i emitują światło. Plazmę możemy znaleźć również w świetlówkach, neonach i lampach plazmowych, które są wykorzystywane do celów dekoracyjnych.

Piąty stan skupienia?

Niedawne eksperymenty przeprowadzone w ekstremalnych warunkach pozwoliły uzyskać to, co wielu uważa za piąty stan skupienia materii. To jest plazma kwarkowo-gluonowa, rodzaj plazmy zbudowanej z wolnych kwarków i gluonów.

Kwarki i gluony są budulcem protonów i neutronów tworzących jądra atomowe. Plazmę kwarkowo-gluonową uzyskuje się w akceleratorach cząstek, gdy zderzają się ciężkie jądra ołowiu lub złota. Zderzenie jąder wytwarza wystarczającą temperaturę, aby przez kilka chwil kwarki i gluony były wolne i powstała plazma.

Badanie plazmy kwarków i gluonów jest szczególnie istotne, ponieważ w pierwszych chwilach uważa się, że po Wielkim Wybuchu i przed powstaniem pierwszych atomów znajdowała się w tym istniejąca materia państwo.