Opredelitev plazme (stanje snovi, fizika in kemija)

Angel Zamora Ramirez
Diploma iz fizike

Plazma je plinasta tekočina, v kateri je njen del ioniziran, to pomeni, da ima a znatna količina ionov in prostih elektronov, ki predstavljajo četrto agregacijsko stanje predmet.

Trdno, tekoče in plinasto... Morda večina od nas pozna ta tri stanja snov pa obstaja še četrto agregatno stanje, ki izhaja iz plinastega stanja in skozi katerega pogosto prehajamo visoka. Gre za plazmo, ioniziran plin, ki ga najdemo v zvezdah, plazemskih zaslonih, ognju itd.

Plazma kot agregatno stanje

Ko je snov v trdnem stanju, so njeni atomi ali molekule podvrženi kohezijskim silam med seboj in tvorijo določene strukture. Če spremenimo temperaturo ali tlak trdne snovi tako, da njene molekule se začnejo bolj premikati, sčasoma se medmolekularne sile zmanjšajo in preidemo v stanje tekočina.

V tekočem stanju so kohezijske sile med molekulami manjše kot v trdnem stanju. Snov v tekočem stanju ima manj organizirano strukturo in zato nima definirane prostornine. Tako kot v prejšnjem primeru, če spremenimo temperaturo ali tlak tekočine, jo lahko spremenimo v plinasto stanje.

V plinu so medmolekulske sile zelo majhne in v nekaterih primerih skoraj nič. Plini veljajo za tekočine, v katerih se molekule, ki jih sestavljajo, prosto gibljejo. S povečanjem temperature ali tlaka plina se ustvari več gibanja molekul, ki ga sestavljajo, poveča pa se tudi število trkov. Ti trki lahko povzročijo, da se elektroni določenih atomov osvobodijo svojih orbital in osvobodijo.

Na tej točki nastane plazma, ioniziran plin z določeno količino kationov (pozitivnih ionov) in prostih elektronov. Zaradi prostih električnih nabojev je plazma odlični električni prevodnik in se tudi odziva na elektromagnetna polja.

Lahko bi rekli, da je to novo agregatno stanje prvi proučeval William Crookes v svojih poskusih s katodnimi žarki v osemdesetih letih 19. stoletja. Vendar pa je bil fizik Irving Langmuir tisti, ki je leta 1928 skoval izraz "plazma" za ta ionizirani plin, ki bo kasneje veljal za drugo agregatno stanje.

Plazma na Zemlji in v vesolju

Plazma velja za najpogostejše stanje agregacije snovi. Skoraj 99 % barionske snovi, ki jo lahko opazujemo v vesolju, je v plazmatskem stanju.

To očitno ne velja za naš planet, saj je večina snovi, ki jih opazujemo tukaj, v ostalih treh agregatnih stanjih. Vendar pa obstajajo določena mesta ali pojavi, kjer lahko opazujemo snov v plazmatskem stanju. Strela, ki jo lahko opazimo med nevihto, je posledica ionizacije plina v ozračju. Ionosfera, ki je ionizirana plast atmosfere zaradi sončnega sevanja, je prav tako plazma, tako kot polarne aurore, ki jih je mogoče opazovati kot rezultat interakcije med zemeljskim magnetnim poljem in vetrovi sončna.

V vesolju lahko najdemo plazmo skoraj povsod. Zvezde same so velike krogle plazme, ki nastanejo zaradi termonuklearnih reakcij, ki se odvijajo v njihovih jedrih. Poleg tega toplota, ki jo proizvajajo zvezde, ionizira tudi plinasti medij, ki jih obdaja, na splošno lahko rečemo, da je medzvezdni medij tudi plazma. Prav tako zvezde ponavadi izženejo velike curke nabitih delcev, ki jih imenujemo "sončni vetrovi" in so snov v plazmatskem stanju. Številne meglice, ki jih lahko vidimo na različnih mestih v vesolju, niso nič drugega kot ionizirani plin, ki obdaja eno ali več zvezd.

V našem vsakdanu lahko najdemo tudi več primerov tehnološke uporabe plazme. Plazemski zasloni, kot že ime pove, uporabljajo predelke, napolnjene z žlahtnimi plini, ki ionizirajo in oddajajo svetlobo. Plazmo najdemo tudi v fluorescenčnih ceveh, neonskih lučeh in plazemskih sijalkah, ki se uporabljajo v dekorativne namene.

Peto agregatno stanje?

Nedavni poskusi, izvedeni v ekstremnih pogojih, so uspeli doseči, kar mnogi smatrajo za peto agregatno stanje snovi. To je kvark-gluonska plazma, vrsta plazme, sestavljena iz prostih kvarkov in gluonov.

Kvarki in gluoni so gradniki protonov in nevtronov, ki sestavljajo atomska jedra. Kvarkovo in gluonsko plazmo dobimo v pospeševalnikih delcev ob trku težkih jeder svinca ali zlata. Trk med jedri ustvari dovolj temperature, da so kvarki in gluoni nekaj trenutkov prosti in nastane plazma.

Preučevanje plazme kvarkov in gluonov je še posebej pomembno, ker v prvih trenutkih po velikem poku in pred nastankom prvih atomov se domneva, da je bila v tem obstoječa snov država.