Плазма (физика)

Из Википедије, слободне енциклопедије
Disambig.svg
За остале употребе, погледајте чланак Плазма.

У физици, хемији и физичкој хемији плазма је јонизован гас који се због јединствених особина сматра посебним агрегатним стањем материје уз чврсто, течно и гасовито стање. Јонизован значи да се бар један електрон одвојио од матичног атома или молекула преводећи га у позитиван јон. Слободна наелектрисања чине плазму електрично проводљивом због чега она снажно осећа утицај електромагнетног поља. Ово четврто агрегатно стање прво је идентификовао Крукс (Sir William Crookes) 1879. године у цеви за пражњење (Круксовој цеви).[1]. Природу катодних зрака у Круксовој цеви детаљније је проучио Џ. Џ. Томпсон 1897. године.[2]. Име „плазма“ увео је Лангмир 1928. године.[3], наводно што га је подсетила на крвну плазму.[4]. Лангмир је написао:

„Осим у близини електрода, где постоје слојеви са врло мало електрона јонизовани гас садржи јоне и електроне у отприлике истом броју тако да је укупно резултујуће просторно наелетрисање врло мало. Користићемо назив плазма да опишемо то подручје са уједначеним бројем јона и електрона."[3]

Плазма обично има облик неутралног облака или наелектрисаног јонског млаза али може исто да садржи зрнца прашине и наночестица када се назива 'прашњава плазма'.[5] Настаје загревањем и јонизацијом гаса када долази од одвајања електрона од атома а настала наелектрисања се слободно крећу.

Плазмена лампа, илуструје неке од сложенијих појава у плазми укључујући настајење влакана. Боје су последица електронских прелаза при преласку рекомбинованог атома из побуђеног у основно стање.
Сунчева коронарна ерупција избацује огромне количине плазме у Сунчев систем.

Садржај

Уобичајене плазме [уреди]

Плазме су најраспрострањенији облик постојања материје у Свемиру. Постоје процене да је 99% видљивог Свемира у облику плазме.[6].

С обзиром да је простор међу звездама испуњен плазмом, мада врло ретком (видети међузвездана средина и међугалактички простор), у основи цела запремина свемира је у облику плазме (видети астрофизичка плазма). У сунчевом систему, (планета) Јупитер највише доприноси не-плазми, само око 0,1% масе и 10−15% запремине унутар орбите Плутона. Познати плазма физичар Hannes Alfvén је приметио да се због сопоственог наелетрисања чак и мале честице космичке прашине понашају као јони те тако колективно образују свемирску плазму.

Уобичајени облици плазме
Вештачки створена плазма
  • У Плазма дисплеју, укључујући модерне ТВ екране
  • У флуоресцентним лампама (нискоенергијско оветљење), неонске лампе
  • Издувни гасови ракетних мотора
  • Чеона површина свемирког брода приликом уласка у атмосферу
  • Истраживање котролисане фузије
  • Електрични лук у лучној лампи, лук приликом заваривања
  • Плазмена кугла (видети прву слику)
  • Плазма за нагризање диелектричног слоја у производњи интегрисаних кола
Земаљске плазме
Свемирске и астрофизичке плазме

Дефиниција плазме [уреди]

Земљина "плазмена фонтана": бледо-жуто подручје изнад северног пола показује јоне хелијума, кисеоника и водоника који напуштају Земљу и губе се у свемирском пространству. Зелено подручје представља поларну светлост или плазми која се улива у земљину атмосферу.[7]

Особине плазме веома зависе од средње вредности њених параметара од којих су најважнији степен јонизације, температура, густина и магнетна индукција у подручју плазме. Мада плазму грубо можемо да опишемо као електрични неутралну средину која се састоји од позитивних и негативних честица, строжа дефиниција захтева испуњење следећа три критеријума:

  1. Плазмена приближност: Наелектрисане честице морају бити довољно блиске тако да свака честица утиче на велики број других честица а не само на најближу. Овај колективни ефекат представља посебно обележје плазме. Плазмена апроксимација важи када постоји велики број слободних електрона унутар сфере утицаја (која се још назива и Дебајева сфера а њен радијус Дебајева дужина заклањања) Средњи број честица унутар Дебајеве сфере израђава се преко параметра плазме, Λ.
  2. Интеракције по запремини: Да Дебајева дужина заклањања (дефинисана горе) буде кратка у поређењу са физичком димензијом плазме. Овај критеријум значи да су интеракције по запремини плазме важније од интеракција на њеним ободима где би гранични ефекти могли да преовладају.
  3. Плазмена фреквенција

Опсег параметара плазме [уреди]

Подручја плазме. Густина расте на горе, температура расте на десно. Слободни електрони у металу могу се сматрати електронском плазмом.[8]

Вредности параметара плазме крећу се у опсегу од неколико редова величине, међутим, има случајева да су плазме са очигледно врло различитим вредностима параметара врло сличне. Таблица која следи показује само уобичајене атомске плазме а не егзотичне појаве попут кваркних глуонских плазми:

Типични опсези параметара плазме: редови величине (РВ)
Особина Земаљске плазме Свемирске плазме
Величина
у метрима		 10−6 m (лаб. плазме) to
102 m (муња) (~8 РВ)		 10−6 m (слој на летелици) to
1025 m (међугалактичка небула) (~31 РВ)
Време живота
у секунди		 10−12 s (ласером произведена плазма) to
107 s (флуоресцентно светло) (~19 РВ)		 101 s (соларне ерупције) to
1017 s (међугалактичка плазма) (~17 РВ)
Густина
у честицама по
кубном метру		 107 m-3 to
1032 m-3 (inertial confinement plasma)		 100 (i.e., 1) m-3 (међугалактичка средина) to
1030 m-3 (звездано језгро)
Температура
у келвинима		 ~0 K (кристална не-неутрална плазма[9]) до
108 K (магнетна фузиона плазма)		 102 K (поларна светлост) to
107 K (сунчево језгро)
Магнетна поља
у теслама		 10−4 T (лаб. плазма) to
103 T (пулсна плазма)		 10−12 T (интергалактичка средина) to
1011 T (у близини неутронске звезде)

Степен јонизације [уреди]

Да би плазма постојала неопходно је да постоји јонизација. Израз „густина плазме“ обично се односи на електронску густину, односно, број слободних електрона по јединици запремине. Степен јонизације плазме представља фракцију атома који су изгубили (или примили) електрон и највећим делом зависи од температуре. Чак и делимично јонизован гас у којем је јонизовано свега 1% честица може да показује особине плазме (т. ј., да реагује на магнетско поље и да буде елетрично проводан). Степен јонизације, α дефинише се као α = ni/(ni + na) где је ni бројчана јонска густина а na бројчана густина неутралних атома. Електронска густина је с тиме повезана преко средње густине јонског наелетрисања <Z> релацијом ne=<Z> ni где је ne бројчана електронска густина.

Температуре [уреди]

Пламен свеће. Ватра се може сматрати нискотемпературком делимичном плазмом.

Температура плазме се уобичајено изражава у келвинима или електронволтима а (грубо говорећи) представља мерило топлотне кинетичке енергије по једној честици. У већини случајева електрони су у близини топлотне равнотеже тако да је њихова температура релативно добро дефинисана, чак и када постоји значајно одступање од Максвелове расподеле енергије, на пример због утицаја УВ зрачења, енергетских честица, или јаког електричког поља. Због велике разлике у масама електрони много брже ступају у термодинамичку равнотежу међусобно него са јонима или неутралним атомима. Из тих разлога јонска температура може бити веома различита (обично нижа) од електронске температуре. То је нарочито случај у слабо јонизованим технолошким плазмама где су јони често у близини амбијентне температуре.

Потенцијали [уреди]

Муња је пример плазме која се јавља на површини Земље. Муња при напонима до 100 милиона волти и струјама до 30.000 ампера емитује светлост, радио-таласе, х-зраке, чак и гама зраке.[10] Температура плазме у муњи може да достигне 28.000 келфина а густине електрона могу да пређу 1024/m3. Плазма се често назива четвртим агрегатним стањем материје. Она се разликује од осталих нискоенергијских стања материје, чврстог, течног и гасовитог мада има извесне сличности са гасовитим стањем, по томе што нема стални облик ни запремину. Физичари сматрају да је плазма више него гас јер поседује неколико посебних особина укључујући следеће:

Извори и напомене [уреди]

  1. ^ Крукс је одржао предавање пред Британским удружењем за унапређење науке British Association for the Advancement of Science, у Шефилду, у петак, 22. августа 1879. [1] [2], Приступљено 23. 4. 2013.
  2. ^ Обзнањено у његовом вечерњем редавању у Краљевској иснтитуцији у петак, 30. априла 1897., и објављено у Филозофском магазину Philosophical Magazine, 44, 293 [3], Приступљено 23. 4. 2013.
  3. ^ а б I. Langmuir, "Осцилације у јонизованим гасовима (Oscillations in ionized gases)," Proc. Nat. Acad. Sci. U.S., vol. 14, p. 628, 1928
  4. ^ G. L. Rogoff, Ed., IEEE Transactions on Plasma Science, vol. 19, p. 989, Dec. 1991. Видети извод у http://www.plasmacoalition.org/what.htm
  5. ^ Greg Morfill et al, Focus on Complex (Dusty) Plasmas (2003) New J. Phys. 5
  6. ^ D. A. Gurnett, A. Bhattacharjee, Introduction to Plasma Physics: With Space and Laboratory Applications (2005) (Page 2). Also K Scherer, H Fichtner, B Heber, "Space Weather: The Physics Behind a Slogan" (2005) (Page 138)
  7. ^ Plasma fountain Source, press release: Solar Wind Squeezes Some of Earth's Atmosphere into Space, Приступљено 23. 4. 2013.
  8. ^ After Peratt, A. L., "Advances in Numerical Modeling of Astrophysical and Space Plasmas" (1966) Astrophysics and Space Science, v. 242, Issue 1/2, p. 93-163.
  9. ^ See The Nonneutral Plasma Group at the University of California, San Diego
  10. ^ See Flashes in the Sky: Earth's Gamma-Ray Bursts Triggered by Lightning, Приступљено 23. 4. 2013.

Спољашње везе [уреди]

Портал Портал Физика
Викиостава
Викимедијина остава има још мултимедијалних датотека везаних за: Плазма (физика)


- Добављено из „http://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Плазма_(физика)&oldid=7131888“