Дефиниција плазме (стање материје, физика и хемија)

Ангел Замора Рамирез
Диплома из физике

Плазма је гасовита течност у којој је њен део јонизован, односно има а знатну количину јона и слободних електрона, што чини четврто агрегационо стање предмет.

Чврсто, течно и гасовито... Можда је већини нас позната ова три стања материја, међутим, постоји четврто агрегатно стање које следи из гасовитог стања и кроз које често пролазимо висока. Реч је о плазми, јонизованом гасу који можемо наћи у звездама, плазма екранима, ватри итд.

Плазма као агрегатно стање

Када је материја у чврстом стању, њени атоми или молекули су подложни силама кохезије између њих и формирају дефинисане структуре. Ако променимо температуру или притисак чврсте супстанце тако да њени молекули почињу више да се крећу, на крају се интермолекуларне силе смањују и ми идемо у стање течност.

У течном стању кохезивне силе између молекула су мање него у чврстом стању. Материја у течном стању има мање организовану структуру и стога нема дефинисану запремину. Као иу претходном случају, ако модификујемо температуру или притисак течности, можемо учинити да она пређе у гасовито стање.

У гасу, интермолекуларне силе су веома мале и у неким случајевима практично нула. Гасови се сматрају флуидима у којима се молекули који их састоје слободно крећу. Повећањем температуре или притиска гаса, ствара се више кретања молекула који га сачињавају, а повећава се и број судара. Ови судари могу узроковати да се електрони одређених атома ослободе својих орбитала и ослободе.

У овом тренутку се ствара плазма, јонизовани гас са одређеном количином катјона (позитивних јона) и слободних електрона. Слободни електрични набоји чине плазму одличним електричним проводницима и такође реагују на електромагнетна поља.

Могло би се рећи да је ово ново стање материје први проучавао Вилијам Крукс у својим експериментима са катодним зрацима 1880-их. Међутим, физичар Ирвинг Лангмир је 1928. године сковао термин "плазма" за означавање овог јонизованог гаса који ће се касније сматрати другим стањем материје.

Плазма на Земљи и у Универзуму

Плазма се сматра најраспрострањенијим стањем агрегације материје. Скоро 99% барионске материје коју можемо посматрати у Универзуму је у плазматском стању.

Ово се очигледно не односи на нашу планету, пошто је већина материје коју овде посматрамо у остала три агрегатна стања. Међутим, постоје одређена места или феномени где можемо посматрати материју у плазматском стању. Муње које можемо да посматрамо током грмљавине су резултат јонизације гаса у атмосфери. Јоносфера, која је јонизовани слој атмосфере услед сунчевог зрачења, такође је плазма, као и поларне ауроре које се могу посматрати као резултат интеракције између Земљиног магнетног поља и ветрова соларни.

У Универзуму можемо наћи плазму скоро свуда. Саме звезде су велике сфере плазме које су резултат термонуклеарних реакција које се дешавају у њиховим језгрима. Поред тога, топлота коју стварају звезде такође јонизује гасовиту средину која их окружује, уопштено можемо рећи да је међузвездани медијум такође плазма. Такође, звезде имају тенденцију да избацују велике млазове наелектрисаних честица које називамо „соларним ветровима“ и које су материја у плазматском стању. Многе од маглина које се могу видети на разним местима у Универзуму нису ништа друго до јонизовани гас који окружује једну или више звезда.

У нашем свакодневном животу такође можемо пронаћи неколико примера технолошке употребе коју плазма има. Плазма дисплеји, као што име говори, користе одељке испуњене племенитим гасовима који јонизују и емитују светлост. Плазму можемо наћи и у флуоресцентним цевима, неонским лампама и плазма лампама које се користе у декоративне сврхе.

Пето стање материје?

Недавни експерименти спроведени у екстремним условима успели су да добију оно што многи сматрају петим стањем агрегације материје. Ово је кварк-глуонска плазма, врста плазме која се састоји од слободних кваркова и глуона.

Кваркови и глуони су грађевни блокови протона и неутрона који чине атомска језгра. Кварк и глуонска плазма се добијају у акцелераторима честица када се сударе тешка језгра олова или злата. Судар између језгара генерише довољну температуру да на неколико тренутака кваркови и глуони буду слободни и да се формира плазма.

Проучавање плазме кваркова и глуона је посебно релевантно јер током првих тренутака после Великог праска и пре формирања првих атома, верује се да је постојећа материја била у овоме држава.