Tie laiki, kad plazmu saistījām ar kaut ko nereālu, nesaprotamu, fantastisku, ir sen pagājuši. Mūsdienās šis jēdziens tiek aktīvi izmantots. Plazmu izmanto rūpniecībā. To visplašāk izmanto apgaismes inženierijā. Kā piemēru var minēt gāzizlādes lampas, kas apgaismo ielas. Bet tas ir arī dienasgaismas spuldzēs. Tas ir arī elektriskajā metināšanā. Galu galā metināšanas loks ir plazma, ko rada plazmas deglis. Varētu sniegt daudzus citus piemērus.
Plazmas fizika ir svarīga zinātnes nozare. Tāpēc ir vērts izprast ar to saistītos pamatjēdzienus. Tam ir veltīts mūsu raksts.
Plazmas definīcija un veidi
Kas ir plazma? Fizikas definīcija ir diezgan skaidra. Plazmas stāvoklis ir tāds vielas stāvoklis, kad tai ir ievērojams (samērīgs ar kopējo daļiņu skaitu) lādētu daļiņu (nesēju) skaits, kas var vairāk vai mazāk brīvi pārvietoties vielas iekšienē. Fizikā var izdalīt šādus galvenos plazmas veidus. Ja nesēji pieder pie viena veida daļiņām (unpretēja lādiņa daļiņām, neitralizējot sistēmu, nav pārvietošanās brīvības), to sauc par vienkomponentu. Pretējā gadījumā tas ir - divkomponentu vai daudzkomponentu.
Plazmas funkcijas
Tātad, mēs esam īsi aprakstījuši plazmas jēdzienu. Fizika ir precīza zinātne, tāpēc definīcijas šeit ir neaizstājamas. Tagad pastāstīsim par šī vielas stāvokļa galvenajām iezīmēm.
Plazmas īpašības fizikā ir šādas. Pirmkārt, šajā stāvoklī jau tā mazu elektromagnētisko spēku iedarbībā rodas nesēju kustība - strāva, kas plūst šādā veidā, līdz šie spēki izzūd to avotu skrīninga dēļ. Tāpēc plazma galu galā nonāk stāvoklī, kurā tā ir gandrīz neitrāla. Citiem vārdiem sakot, tā tilpumiem, kas ir lielāki par kādu mikroskopisku vērtību, nav lādiņa. Otrā plazmas iezīme ir saistīta ar Kulona un Ampēra spēku tāla darbības rādiusu. Tas sastāv no tā, ka kustībām šajā stāvoklī, kā likums, ir kolektīvs raksturs, kas ietver lielu skaitu lādētu daļiņu. Šīs ir plazmas pamatīpašības fizikā. Būtu lietderīgi tos atcerēties.
Abas šīs īpašības noved pie tā, ka plazmas fizika ir neparasti bagāta un daudzveidīga. Tās spilgtākā izpausme ir dažāda veida nestabilitātes rašanās vieglums. Tie ir nopietns šķērslis, kas kavē plazmas praktisko pielietojumu. Fizika ir zinātne, kas nepārtraukti attīstās. Tāpēc var cerēt, ka laika gaitā šie šķēršļitiks likvidēts.
Plazma šķidrumos
Pievēršoties konkrētiem struktūru piemēriem, sāksim ar plazmas apakšsistēmu apsvēršanu kondensētā vielā. No šķidrumiem vispirms jānosauc šķidrie metāli - piemērs, kam atbilst plazmas apakšsistēma - vienkomponenta elektronu nesēju plazma. Stingri sakot, mūs interesējošajā kategorijā jāiekļauj arī elektrolītu šķidrumi, kuros ir nesēji - abu zīmju joni. Tomēr dažādu iemeslu dēļ elektrolīti nav iekļauti šajā kategorijā. Viens no tiem ir tas, ka elektrolītā nav gaismas, mobilo nesēju, piemēram, elektronu. Tāpēc iepriekš minētās plazmas īpašības izpaužas daudz vājāk.
Plazma kristālos
Plazmai kristālos ir īpašs nosaukums - cietvielu plazma. Jonu kristālos, lai gan ir lādiņi, tie ir nekustīgi. Tāpēc plazmas nav. Metālos tie ir vadītspējas elektroni, kas veido vienkomponentu plazmu. Tā lādiņu kompensē nekustīgu (precīzāk, lielos attālumos pārvietoties nespējīgo) jonu lādiņš.
Plazma pusvadītājos
Ņemot vērā plazmas fizikas pamatus, jāatzīmē, ka situācija pusvadītājos ir daudzveidīgāka. Īsi raksturosim to. Vienkomponenta plazma šajās vielās var rasties, ja tajās tiek ievadīti atbilstoši piemaisījumi. Ja piemaisījumi viegli nodod elektronus (donorus), tad parādās n tipa nesēji - elektroni. Ja piemaisījumi, gluži pretēji, viegli atņem elektronus (akceptorus), tad rodas p veida nesēji- caurumi (tukšas vietas elektronu sadalījumā), kas uzvedas kā daļiņas ar pozitīvu lādiņu. Divkomponentu plazma, ko veido elektroni un caurumi, pusvadītājos rodas vēl vienkāršāk. Piemēram, tas parādās gaismas sūknēšanas iedarbībā, kas izmet elektronus no valences joslas vadīšanas joslā. Mēs atzīmējam, ka noteiktos apstākļos elektroni un caurumi, kas piesaistīti viens otram, var izveidot ūdeņraža atomam līdzīgu saistīto stāvokli - eksitonu, un, ja sūknēšana ir intensīva un eksitonu blīvums ir augsts, tad tie saplūst kopā un veido pilienu. elektronu caurumu šķidrums. Dažreiz šāds stāvoklis tiek uzskatīts par jaunu vielas stāvokli.
Gāzes jonizācija
Iepriekš minētie piemēri attiecās uz īpašiem plazmas stāvokļa gadījumiem, un plazmu tīrā veidā sauc par jonizētu gāzi. Tās jonizāciju var izraisīt daudzi faktori: elektriskais lauks (gāzizlāde, pērkona negaiss), gaismas plūsma (fotojonizācija), ātras daļiņas (radioaktīvo avotu starojums, kosmiskie stari, kas tika atklāti, palielinot jonizācijas pakāpi ar augstumu). Tomēr galvenais faktors ir gāzes sildīšana (termiskā jonizācija). Šajā gadījumā elektrona atdalīšana no atoma izraisa sadursmi ar citas gāzes daļiņas pēdējo, kurai ir pietiekama kinētiskā enerģija augstās temperatūras dēļ.
Augstas un zemas temperatūras plazma
Zemas temperatūras plazmas fizika ir tas, ar ko mēs saskaramies gandrīz katru dienu. Šāda stāvokļa piemēri ir liesmas,viela gāzizlādē un zibens, dažāda veida aukstās telpas plazma (planētu un zvaigžņu jonu un magnetosfēras), darba viela dažādās tehniskās ierīcēs (MHD ģeneratori, plazmas dzinēji, degļi u.c.). Augstas temperatūras plazmas piemēri ir zvaigžņu matērija visos to evolūcijas posmos, izņemot agrīnu bērnību un vecumu, darba viela kontrolētās kodolsintēzes iekārtās (tokamaki, lāzera ierīces, staru ierīces utt.).
Ceturtais vielas stāvoklis
Pirms pusotra gadsimta daudzi fiziķi un ķīmiķi uzskatīja, ka matērija sastāv tikai no molekulām un atomiem. Tie ir apvienoti kombinācijās vai nu pilnīgi nesakārtoti, vai vairāk vai mazāk sakārtoti. Tika uzskatīts, ka ir trīs fāzes - gāzveida, šķidra un cieta. Vielas tās pieņem ārējo apstākļu ietekmē.
Tomēr šobrīd varam teikt, ka ir 4 matērijas stāvokļi. Tieši plazmu var uzskatīt par jaunu, ceturto. Tās atšķirība no kondensētajiem (cietajiem un šķidrajiem) stāvokļiem ir tāda, ka tai, tāpat kā gāzei, nav ne tikai bīdes elastības, bet arī fiksēta tilpuma. No otras puses, plazmai ar kondensētu stāvokli ir kopīga neliela diapazona kārtība, t.i., korelācija starp daļiņu novietojumu un sastāvu, kas atrodas blakus noteiktam plazmas lādiņam. Šajā gadījumā šādu korelāciju ģenerē nevis starpmolekulārie, bet Kulona spēki: dotais lādiņš ar sevi atgrūž tāda paša nosaukuma lādiņus un piesaista pretējos.
Mēs īsi pārskatījām plazmas fiziku. Šī tēma ir diezgan apjomīga, tāpēc varam tikai teikt, ka esam atklājuši tās pamatus. Plazmas fizika noteikti ir pelnījusi papildu apsvērumus.
