Плазма. Свойства и получение. Применение и отличие. Особенности. Температура плазмы в градусах цельсия

Горячая плазма почти всегда полностью ионизирована (степень ионизации ~100 %). Обычно именно она понимается под «четвертым агрегатным состоянием вещества». Примером может служить Солнце.

Плазма. Свойства и получение. Применение и отличие. Особенности

Плазма — это ионизированный газ, содержащий электроны и положительно и отрицательно заряженные ионы. Это одно из четырех фундаментальных агрегатных состояний.

Традиционно утверждается, что существует три фундаментальных агрегатных состояния материи. Они могут быть жидкостями, твердыми телами и газами. Об этом говорили ученые с самого начала существования науки. Достижения в области технологий и научных наблюдений позволили установить четвертое состояние материи, называемое плазмой. Обычно он образуется в результате сильного нагревания. Процесс его формирования происходит следующим образом. Каждое твердое тело при сильном нагревании сначала плавится, а затем переходит в газообразное состояние, которое при дальнейшем повышении температуры распадается на свободные атомы. При постоянном повышении температуры электроны и положительно и отрицательно заряженные ионы разделяются. В результате образуется плазма, ионизированный газ.

Британский физик сэр Уильям Крикс впервые рассказал об этом существе в 1879 году. Предложенные им идеи активно развивались и совершенствовались. Это актуально и сегодня. Существуют различные гипотезы, указывающие на то, что это существо было обнаружено гораздо раньше. Это можно увидеть в древнем утверждении, что существует четыре элемента: земля, вода, воздух и огонь. Они тесно переплетаются с новейшими интерпретациями четырех кумулятивных состояний — твердого, жидкого, газового и плазменного. В некоторых отношениях живые существа и огонь можно легко сравнить.

Помимо получения термически обработанной плазмы, она также может быть разделена газовым ударом быстро заряженных частиц. Это делается путем облучения радиоактивного материала. В таких случаях образуется низкотемпературная плазма.

Также были разработаны методы получения газоразрядной плазмы. Для этого газ пропускают через электрический ток, который ионизирует его. Ионизированные частицы проводят ток, который в дальнейшем разрушается. Плазма, полученная путем электрической обработки, менее эффективна для поддержания жизни, чем плазма, полученная путем термической обработки. Это происходит потому, что частицы находятся в постоянном контакте с другими ионами, которые не подвергались необходимому нагреву, и поэтому частицы нагреваются с меньшей скоростью и остывают с большей скоростью.

Более сложный способ их образования заключается в интенсивном сжатии материала. При этом методе особи сбиваются со своих орбит. Полученные в результате отдельные положительно и отрицательно заряженные частицы приобретают специфические свойства, которые могут быть использованы в различных областях обработки материалов.

Свойства живых организмов

Основным свойством плазмы является ее высокая электропроводность, которая значительно превосходит другие агломерированные состояния. В этом случае суммарный заряд равен нулю. На плазму воздействуют магнитные поля. Под его воздействием он может собирать струи, что позволяет управлять движением газов.

Коррекция взаимодействия — еще одна особенность плазмы. В обычных газах частицы сталкиваются попарно, тогда как в плазме электроны сталкиваются чаще и большими группами.

Свойства существа зависят от его типа. В зависимости от тепловых свойств различают два типа.

Низкотемпературная плазма характеризуется нагревом до температуры менее 1 миллиона Кельвинов. Высокотемпературные газы имеют температуру не менее 1 миллиона Кельвинов. Последние виды живых организмов участвуют в синтезе.

Проявления живых организмов в природе.

Считается, что 99% Вселенной состоит из живых существ. Каждая звезда полностью состоит из ионизированного газа. Именно об этом они впервые подумали, когда наблюдали Солнце. Ветры, испускаемые Солнцем, — это не что иное, как живые существа.

Плазму также можно наблюдать в ионосфере. Это явление можно визуально распознать на примере авроры бореалис. Он образуется при облучении азота и кислорода солнечной радиацией. Конечно, пример с седлом не так хорош. Это связано с тем, что данное явление наблюдается только в определенных районах и недоступно для большинства людей. Более распространенным признаком природной плазмы, который можно увидеть повсюду, является момент удара молнии. Электрические искры, образующиеся во время штормов, представляют собой газы с сильной ионизацией.

Когда-то считали, что огонь — это тоже своего рода живой организм, но это утверждение в корне неверно. Плазма характеризуется температурой от 8000 градусов Цельсия. Самое сильное пламя невозможно нагреть выше 4000 градусов Цельсия, даже если его опрыскивать кислородом.

Различия между плазмой и газом

На первый взгляд, плазма и газ кажутся вполне родственными кумулятивными состояниями, которые можно объединить в единый смысл. Однако есть несколько особенностей, которые могут их разделять. Первый — это электропроводность. В случае газов электропроводность очень низкая. Типичным примером является воздух. Поскольку он является очень диэлектриком, заряд не может быть передан. При внесении в плазму ситуация резко меняется, так как заряд передается очень эффективно.

Отличие плазмы от газа заключается в однородности частиц. Газы характеризуются компонентами в своей структуре, которые похожи друг на друга. Они постоянно перемещаются и взаимодействуют на относительно небольших расстояниях. Однако в случае плазмы существует, по крайней мере, два или три различных типа частиц. Среди них встречаются электроны, ионы и нейтральные частицы. Их свойства отличаются друг от друга. Они могут иметь разную скорость или температуру. Именно поэтому существа нестабильны и трудно контролируемы, так как многие их компоненты ведут себя не так, как другие.

Они находят широкое применение в оптических экспериментах, медицине и измерительной технике. Криогенные существа также используются в фотографии. Например, они используются для подсветки люминесцентных ламп и рекламных щитов.

Содержание

Фазовое состояние большей части материи во Вселенной (около 99,9 % массы) — плазма. 2 Все звезды состоят из плазмы, и даже пространство между ними, хотя и очень тонкое, заполнено плазмой (см. межзвездное пространство). Например, планета Юпитер концентрирует почти всю материю в Солнечной системе в «неплазменном» состоянии (жидком, твердом или газообразном). При этом масса Юпитера составляет всего около 0,1% от массы Солнечной системы, а его объем еще меньше, всего 10-15%. Мелкие частицы пыли, заполняющие пространство и несущие специфический заряд, в совокупности могут рассматриваться как плазма, состоящая из перезаряженных ионов (см. пылевая плазма).

, включая TV
• Материалы внутри флуоресцентных и неоновых ламп3
• Внутри газоразрядной коронки генератора озона
• В исследованиях управляемого термоядерного синтеза в дуговых лампах и дуговой сварке
• Внутренние плазменные сферы (см. рисунок) из трансформатора Тесла
• Плазма создается при воздействии лазерного излучения на вещество

и другие звезды (те, которые существуют за счет термоядерных реакций) (пространство между планетами, звездами и галактиками)
• Межзвездные туманности

Свойства и параметры плазмы

Определение плазмы

Плазма — это частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы. 4 Не всякая система заряженных частиц может быть названа плазмой. Плазма обладает следующими свойствами.

• Достаточная плотность: заряженные частицы должны находиться достаточно близко друг к другу, чтобы каждая из них могла взаимодействовать с целой системой тесно связанных частиц, состоящей из множества ионов. Условие считается выполненным, если число заряженных частиц в сфере влияния (сфера с радиусом Дебая) достаточно для возникновения коллективных явлений (такие явления являются типичным свойством плазмы). Математически это условие можно выразить следующим образом:

• Приоритет внутренних взаимодействий: радиус экранирования Дебая должен быть мал по сравнению с характерным размером плазмы. Этот критерий подразумевает, что взаимодействия, происходящие внутри плазмы, более важны, чем эффекты на ее поверхности, которыми можно пренебречь. Если это условие выполняется, плазму можно считать квазинейтральной. Математически это выглядит следующим образом:

• Частота плазмы: среднее время между столкновениями частиц должно быть большим по сравнению с периодом колебаний плазмы. Эти осцилляции вызваны воздействием на заряд электрического поля, возникающего в результате нарушения квазинейтральности плазмы. Это поле стремится восстановить нарушенное равновесие. Возвращаясь в положение равновесия, заряд проходит через это положение по инерции, что снова приводит к сильному обратному полю, возникает типичное механическое колебание. 8 При выполнении этого условия электродинамические свойства плазмы преобладают над молекулярными свойствами. На математическом языке это условие имеет вид:

分類

Плазмы обычно делятся на идеальные и неидеальные, низкотемпературные и высокотемпературные, равновесные и неравновесные, причем холодные плазмы часто бывают неравновесными, а горячие — равновесными.

温度

Когда читаешь научную литературу, часто встречаются температуры плазмы в десятки или сотни тысяч и даже миллионы градусов. Для описания плазмы в физике вместо температуры удобно использовать энергию, выраженную в электронвольтах (эВ). Для перевода температуры в эВ можно использовать следующее соотношение: 1эВ = 11600 градусов Кельвина. Это ясно показывает, что температура в «десятки тысяч градусов» вполне достижима.

В несбалансированной плазме температура электронов намного выше, чем температура ионов. Это связано с разницей в массах иона и электрона, что затрудняет обмен энергией. Такая ситуация возникает в газовых разрядах, когда ионы имеют температуру порядка сотен градусов, а электроны — порядка десятков тысяч градусов.

В равновесной плазме обе температуры равны. Поскольку для осуществления процесса ионизации необходимы температуры, сравнимые с потенциалом ионизации, равновесные плазмы обычно горячие (с температурой более нескольких тысяч градусов).

Термин высокотемпературная плазма обычно используется для термоядерной плазмы, для которой требуются температуры в миллионы кельвинов.

Степень ионизации

Чтобы газ перешел в состояние плазмы, он должен быть ионизирован. Степень ионизации пропорциональна количеству атомов, отдающих и принимающих электроны, и зависит в основном от температуры. Даже слабо ионизированные газы, содержащие менее 1% ионизированных частиц, могут проявлять некоторые из типичных характеристик плазмы (взаимодействие с внешними электромагнитными полями и высокая электропроводность). Степень ионизации, α, определяется как α = n._I./(n)_I. + n_a), где n_I. — ионная концентрация, а n_a -это концентрация нейтральных индивидуумов. Концентрация свободных электронов в заряженной плазме равна n_e определяется очевидным соотношением: n_e= Z> n_I.где Z> — среднее значение заряда ионов плазмы.

Отличия от газообразного состояния

Плазму часто называют четвертым состоянием материи. Она похожа на газовую фазу тем, что не имеет определенной формы или объема, но отличается от трех менее энергичных состояний материи. До сих пор ведутся споры о том, является ли плазма отдельным когерентным состоянием или просто горячим газом. Большинство физиков считают, что плазма — это не просто газ из-за следующих различий

1. При протекании электрического тока возникает небольшое, но конечное падение потенциала, но во многих случаях электрическое поле в плазме можно считать нулевым. Градиент плотности, обусловленный наличием электрического поля, может быть представлен распределением Больцмана.
2. Благодаря способности проводить ток, плазма испытывает сильное влияние магнитного поля, что приводит к таким явлениям, как спин, образование слоев и струй.
3. Коллективные явления встречаются часто, так как электрические и магнитные силы имеют более широкий диапазон и намного сильнее гравитационных сил.

Электрические поля влияют на скорость частиц иначе, чем столкновения. Это всегда приводит к максимальному распределению скоростей. Зависимость сечения кулоновского столкновения от скорости усиливает это различие и может привести к таким явлениям, как двойное распределение температуры и утечка электронов.