Мы ежедневно сталкиваемся с тремя состояниями вещества, но физики выделяют ещё одно – плазму. К ней относят молнию, дуговой разряд, огонь, о ней и поговорим. В статье дано определение плазмы в физике, описаны основные виды 4-го состояния вещества. Названы её основные параметры и свойства.
Плазма как четвёртое агрегатное состояние вещества
Вследствие нагревания твёрдое тело расплавляется, затем испаряется – становится газом. Дальнейший нагрев вызывает хаотические движения атомов и молекул разреженного вещества, которые разрушают друг друга вследствие столкновения. Сначала вещество распадается на атомы, затем последние ионизируются – получается ионизированный газ. Он называется плазма – это 4-е агрегатное состояние вещества, когда суммарный заряд ионов газа нейтрален: количество электронов равняется числу позитронов. Ей присуща квазинейтральность.Из греческого слово переводится приблизительно как «лепная фигура», масса вроде подогретого воска.
Плазма не имеет пространственного разделения фаз, таких как плавление и испарение.
История открытия, примеры
Химик из Великобритании Уильям Крукс, пропуская ток сквозь стеклянные трубки с разреженным воздухом – так называемые катодные лучи – наблюдал плазменное агрегатное состояние вещества. Тогда не было известно о существовании электронов, и учёный только отметил необычайное поведение частиц газа, по сравнению с незаряженными атомами и молекулами. Он назвал его четвёртым агрегатным состоянием вещества в своей лекции.
После открытия электрона Томпсоном стало понятно, что катод излучал в разреженный газ электроны, ионизируя его. В отечественной науке четвёртое агрегатное состояние вещества в письменных источниках впервые вспоминается Франком-Каменецким – посвятил ему книгу. Сам термин «плазма» по отношению к физике введён в обиход американцем Ирвингом Ленгмюром в 1930-х годах. Так он назвал область тлеющего разряда с наивысшей плотностью электронов и позитронов, количество которых равно.
Ранее слово «плазма» использовал чех Ян Пуркине по отношению к очищенной от эритроцитов крови. Примеры плазмы: сварочная дуга, вспышка молнии, северное сияние, тлеющий разряд в неоне, солнечный ветер, туманности.
Агрегатное состояние «плазма»: характеристика
Основное отличие плазмы заключается в образовании нового типа взаимодействия между ионами посредством дальнодействующих электромагнитных сил. Ввиду дальнего действия магнитных и электрических сил ионы условно сливаются с электромагнитным полем. Это поле коллективное, самосогласованное, оно образуется частицами и тут же влияет на их поведение. Благодаря ему газ становится квазинейтральным – состояние, когда число электронов и ионов приблизительно равны.Характеризуется плазма степенью ионизации – отношение числа ионов к исходному количеству атомов: ni/no. Если в ней нейтральных атомов:
- Много ni/no<<1, плазма называется слабоионизированной.
- Ничтожно мало ni/no<1 – полностью ионизированная.
Если ионы ионизированы многократно, плазму называют лоренцовой. Простая плазма применяется в теоретических расчётах. За модель принимают 100% ионизированных по одному разу ионов.
Смотри также:
Как вы считаете, материал был полезен?