Определение плазмы (состояние вещества, физика и химия)

Анхель Замора Рамирес
Степень по физике

Плазма представляет собой газообразную жидкость, часть которой ионизирована, т. значительное количество ионов и свободных электронов, составляющих четвертое агрегатное состояние предмет.

Твердое, жидкое и газообразное... Возможно, большинству из нас знакомы эти три состояния вещества, однако существует четвертое агрегатное состояние, которое следует из газообразного состояния и которое мы часто проходим через высокий. Речь идет о плазме, ионизированном газе, который мы можем найти в звездах, плазменных экранах, огне и т. д.

Плазма как агрегатное состояние

Когда вещество находится в твердом состоянии, его атомы или молекулы подвергаются силам сцепления между собой и образуют определенные структуры. Если мы изменим температуру или давление твердого тела таким образом, что его молекулы они начинают больше двигаться, со временем межмолекулярные силы уменьшаются и мы переходим в состояние жидкость.

В жидком состоянии силы сцепления между молекулами меньше, чем в твердом состоянии. Вещество в жидком состоянии имеет менее организованную структуру и поэтому не имеет определенного объема. Как и в предыдущем случае, если мы изменим температуру или давление жидкости, мы можем заставить ее перейти в газообразное состояние.

В газе межмолекулярные силы очень малы, а в некоторых случаях практически равны нулю. Газы считаются жидкостями, в которых молекулы, составляющие их, движутся свободно. При повышении температуры или давления газа создается большее движение составляющих его молекул, а также увеличивается количество столкновений. Эти столкновения могут привести к тому, что электроны определенных атомов вырвутся со своих орбиталей и уйдут на свободу.

Именно в этот момент генерируется плазма, ионизированный газ с определенным количеством катионов (положительных ионов) и свободных электронов. Свободные электрические заряды делают плазму отличными проводниками электричества, а также реагируют на электромагнитные поля.

Можно сказать, что это новое состояние вещества было впервые изучено Уильямом Круксом в его экспериментах с катодными лучами в 1880-х годах. Однако именно физик Ирвинг Ленгмюр в 1928 году ввел термин «плазма» для обозначения этого ионизированного газа, который позже будет считаться другим состоянием вещества.

Плазма на Земле и во Вселенной

Плазма считается наиболее распространенным агрегатным состоянием материи. Почти 99% барионного вещества, которое мы можем наблюдать во Вселенной, находится в плазменном состоянии.

Это явно не относится к нашей планете, поскольку большая часть материи, которую мы здесь наблюдаем, находится в трех других агрегатных состояниях. Однако есть определенные места или явления, где мы можем наблюдать материю в плазменном состоянии. Молния, которую мы можем наблюдать во время грозы, является результатом ионизации газа в атмосфере. Ионосфера, представляющая собой ионизированный слой атмосферы из-за солнечного излучения, также является плазмой, как и полярные сияния, которые можно наблюдать в результате взаимодействия магнитного поля Земли и ветров солнечный.

Во Вселенной мы можем найти плазму почти везде. Сами звезды представляют собой большие сферы плазмы, образующиеся в результате термоядерных реакций, протекающих в их ядрах. Кроме того, выделяемое звездами тепло также ионизирует и газовую среду, которая их окружает, в общих чертах можно сказать, что межзвездная среда также является плазмой. Кроме того, звезды имеют тенденцию испускать большие струи заряженных частиц, которые мы называем «солнечными ветрами» и которые представляют собой материю в плазменном состоянии. Многие из туманностей, которые можно увидеть в различных местах Вселенной, представляют собой не что иное, как ионизированный газ, окружающий одну или несколько звезд.

В нашей повседневной жизни мы также можем найти несколько примеров технологического использования плазмы. Плазменные дисплеи, как следует из названия, используют отсеки, заполненные инертными газами, которые ионизируют и излучают свет. Мы также можем найти плазму в люминесцентных лампах, неоновых лампах и плазменных лампах, которые используются в декоративных целях.

Пятое состояние вещества?

Недавние эксперименты, проведенные в экстремальных условиях, позволили получить то, что многие считают пятым агрегатным состоянием вещества. Это кварк-глюонная плазма, разновидность плазмы, состоящая из свободных кварков и глюонов.

Кварки и глюоны являются строительными блоками протонов и нейтронов, из которых состоят атомные ядра. Кварковая и глюонная плазма получается в ускорителях частиц при столкновении тяжелых ядер свинца или золота. Столкновение между ядрами создает достаточную температуру, чтобы на несколько мгновений кварки и глюоны были свободны и образовалась плазма.

Изучение плазмы кварков и глюонов особенно актуально, поскольку в первые моменты после Большого взрыва и до образования первых атомов считается, что существующая материя находилась в этом состояние.