Definícia plazmy (stav hmoty, fyzika a chémia)

Angel Zamora Ramirez
Titul z fyziky

Plazma je plynná tekutina, v ktorej je jej časť ionizovaná, to znamená, že má a značné množstvo iónov a voľných elektrónov, čo predstavuje štvrtý stav agregácie predmet.

Pevná látka, kvapalina a plyn... Možno väčšina z nás pozná tieto tri stavy hmota, existuje však štvrtý stav agregácie, ktorý vyplýva z plynného skupenstva a ktorým často prechádzame vysoká. Ide o plazmu, ionizovaný plyn, ktorý môžeme nájsť vo hviezdach, plazmových obrazovkách, ohni atď.

Plazma ako stav agregácie

Keď je hmota v pevnom stave, jej atómy alebo molekuly sú vystavené súdržným silám medzi nimi a vytvárajú definované štruktúry. Ak zmeníme teplotu alebo tlak tuhej látky takým spôsobom, že jej molekuly začnú sa viac hýbať, prípadne medzimolekulové sily klesnú a ideme do stavu kvapalina.

V kvapalnom stave sú kohézne sily medzi molekulami menšie ako v pevnom stave. Hmota v tekutom stave má menej organizovanú štruktúru a preto nemá definovaný objem. Rovnako ako v predchádzajúcom prípade, ak upravíme teplotu alebo tlak kvapaliny, môžeme ju zmeniť na plynné skupenstvo.

V plyne sú medzimolekulové sily veľmi malé a v niektorých prípadoch prakticky nulové. Plyny sa považujú za tekutiny, v ktorých sa molekuly, ktoré ich tvoria, voľne pohybujú. Zvyšovaním teploty alebo tlaku plynu sa vytvára väčší pohyb molekúl, ktoré ho tvoria, a zvyšuje sa aj počet zrážok. Tieto zrážky môžu spôsobiť, že sa elektróny určitých atómov uvoľnia zo svojich orbitálov a uvoľnia sa.

Práve v tomto bode vzniká plazma, ionizovaný plyn s určitým množstvom katiónov (kladných iónov) a voľných elektrónov. Voľné elektrické náboje robia z plazmy vynikajúce elektrické vodiče a tiež reagujú na elektromagnetické polia.

Dalo by sa povedať, že tento nový stav hmoty prvýkrát študoval William Crookes vo svojich experimentoch s katódovými lúčmi v 80. rokoch 19. storočia. Bol to však fyzik Irving Langmuir, ktorý v roku 1928 vymyslel termín „plazma“ na označenie tohto ionizovaného plynu, ktorý by sa neskôr považoval za iný stav hmoty.

Plazma na Zemi a vo vesmíre

Plazma sa považuje za najhojnejší stav agregácie hmoty. Takmer 99 % baryónovej hmoty, ktorú môžeme pozorovať vo vesmíre, je v plazmatickom stave.

Toto zjavne neplatí pre našu planétu, pretože väčšina hmoty, ktorú tu pozorujeme, je v ostatných troch stavoch agregácie. Sú však určité miesta alebo javy, kde môžeme pozorovať hmotu v plazmatickom stave. Blesky, ktoré môžeme pozorovať počas búrky, sú výsledkom ionizácie plynu v atmosfére. Ionosféra, čo je ionizovaná vrstva atmosféry v dôsledku slnečného žiarenia, je tiež plazma, rovnako ako polárne polárne žiary, ktoré možno pozorovať ako výsledok interakcie medzi zemským magnetickým poľom a vetrom solárne.

Vo vesmíre nájdeme plazmu takmer všade. Samotné hviezdy sú veľké gule plazmy, ktoré sú výsledkom termonukleárnych reakcií, ktoré sa vyskytujú v ich jadrách. Okrem toho teplo generované hviezdami ionizuje aj plynné médium, ktoré ich obklopuje, vo všeobecnosti môžeme povedať, že medzihviezdnym prostredím je aj plazma. Hviezdy majú tiež tendenciu vypudzovať veľké prúdy nabitých častíc, ktoré nazývame „slnečné vetry“ a ktoré sú hmotou v plazmatickom stave. Mnohé z hmlovín, ktoré možno vidieť na rôznych miestach vo vesmíre, nie sú ničím iným ako ionizovaným plynom, ktorý obklopuje jednu alebo viacero hviezd.

Aj v dnešnej dobe môžeme nájsť niekoľko príkladov technologického využitia plazmy. Plazmové displeje, ako už názov napovedá, využívajú priehradky naplnené vzácnymi plynmi, ktoré ionizujú a vyžarujú svetlo. Plazmu nájdeme aj v žiarivkách, neónových svetlách a plazmových lampách, ktoré sa používajú na dekoratívne účely.

Piaty stav hmoty?

Nedávne experimenty uskutočnené v extrémnych podmienkach dokázali získať to, čo mnohí považujú za piaty stav agregácie hmoty. Toto je kvarkovo-gluónová plazma, typ plazmy zložený z voľných kvarkov a gluónov.

Kvarky a gluóny sú stavebnými kameňmi protónov a neutrónov, ktoré tvoria atómové jadrá. Kvarková a gluónová plazma sa získava v urýchľovačoch častíc pri zrážke ťažkých jadier olova alebo zlata. Zrážka medzi jadrami vygeneruje dostatočnú teplotu na to, aby sa na pár okamihov uvoľnili kvarky a gluóny a vytvorila sa plazma.

Štúdium plazmy kvarkov a gluónov je obzvlášť dôležité, pretože počas prvých okamihov po Veľkom tresku a pred vytvorením prvých atómov sa verí, že existujúca hmota bola v tomto štát.