Fizika plazme. Osnove fizike plazme

Vrijeme kada je plazma bila povezana s nečim nestvarnim, neshvatljivim, fantastičnim, odavno su prošli. Danas se ovaj koncept aktivno koristi. Plazma se koristi u industriji. Većina se koristi u rasvjetnoj opremi. Primjer je svjetiljka s plinom koji rasvjetljuje ulice. Ali u fluorescentnim svjetiljkama je prisutan. Također je u električnom zavarivanju. Uostalom, luk zavarivanja je plazma koju generira plasmatron. Postoje mnogi drugi primjeri.

Fizika plazme važna je grana znanosti. Stoga je nužno razumjeti osnovne koncepte vezane uz njega. Naš članak je posvećen ovome.

Definicija i vrste plazme

Što je s tim je plazma? definicija u fizici je dano sasvim jasno. Plazma se odnosi na stanje tvari, kada u potonjem ima značajan (proporcionalan ukupnom broju čestica) broj nabijenih čestica (nosača) koji se kreću više ili manje slobodno unutar tvari. Može se izdvojiti sljedeće glavne vrste plazme u fizici. Ako nositelji pripadaju čestice jedne vrste (i suprotnog predznaka čestica naboja, neutralizira sustava nemaju slobodu kretanja), to se zove jedna komponenta. U suprotnom slučaju, to je - dva ili višekomponentna.

Značajke plazme

Dakle, ukratko smo opisali pojam plazme. Fizika je točna znanost, tako da ne možete bez definicija. Sad ćemo opisati glavne značajke ovog stanja materije.

Svojstva plazme u fizici sljedeće. Prije svega, u ovom stanju, pod djelovanjem već malih elektromagnetskih sila, postoji gibanje nositelja - struja koja teče na ovaj način i sve dok te snage nestanu zbog probira njihovih izvora. Stoga, plazma se konačno pretvara u stanje kada je kvazineutralna. Drugim riječima, njezini volumeni, veliki nekih mikroskopskih veličina, imaju nula naboja. Druga značajka plazme odnosi se na dugoročnu prirodu Coulomb i Ampere snaga. Sastoji se od činjenice da su pokreti u ovoj državi, u pravilu, kolektivne prirode, što uključuje veliki broj nabijenih čestica. To su osnovna svojstva plazme u fizici. Bilo bi korisno zapamtiti ih.

Obje ove značajke dovode do činjenice da je plazma fizika neobično bogata i raznovrsna. Njezina najsjajnija manifestacija je lakoća s kojom nastaju različite vrste nestabilnosti. Oni predstavljaju ozbiljnu prepreku koja ometa praktičnu primjenu plazme. Fizika je znanost koja se stalno razvija. Stoga se možemo nadati da ćemo s vremenom eliminirati ove prepreke.

Plazma u tekućinama

Okrenuvši se konkretnim primjerima struktura, počnimo s obzirom na plazma podsustave u kondenziranoj tvari. Među tekućinama treba imenovati prije svega tekućih metala - primjer, koji odgovara plazmenom podsustavu - jednostrukoj plazmi elektrona nositelja. Strogo govoreći, prema kategoriji interesa trebali bismo uključiti tekuće elektrolite, u kojima postoje nositelji oba znaka. Međutim, iz raznih razloga elektroliti se ne smatraju tom redoslijedom. Jedan od njih je da u elektrolitu nema svjetla, mobilnih nosača, poput elektrona. Stoga su gore navedena svojstva plazme mnogo manje izražena.

Plazma u kristalima

Plazma u kristalima ima poseban naziv - plazma čvrstog stanja. U ionskim kristalima, iako postoje optužbe, ali su nepokretne. Stoga nema tamo plazme. U metalima, međutim, oni su elektroni vodljivost, koja čini jednu komponentu plazme. Njegova naknada nadoknađuje naboj nepokretnih iona (točnije govoreći, ne može se prebaciti na velike udaljenosti).

Plazma u poluvodičima

S obzirom na osnovu fizike plazme, valja napomenuti da je u poluvodičima situacija raznovrsnija. Ukratko, karakteriziramo ga. Jednokomponentna plazma u tim tvarima može se pojaviti ako se u njih uvedu odgovarajuće nečistoće. Ako nečistoće lako daju elektrone (donatore), tada se pojavljuju nositelji n-tipa elektrona. Ako nečistoće, naprotiv, lako prikupljeni elektrona (akceptora), zatim tu su p-tipa nositelji - rupa (prazna mjesta u raspodjeli elektrona), koji se ponašaju kao čestice s pozitivnim nabojem. Dvije komponente plazme, nastale elektronima i rupe, pojavljuju se na poluvodičima na još jednostavniji način. Na primjer, ona se pojavljuje pod djelovanjem svjetlosne crpke koja šalje elektrone iz valentnog pojasa na provodnu traku. Imajte na umu da u određene uvjete, elektroni i rupe privlače međusobno mogu formirati vezanu stanje, sličan atom vodika, - što je eksiton, a ako intenzitet pumpa i gustoća excitons je veliki, pomiješati zajedno da formiraju kap tekućine elektrona rupa. Ponekad se to stanje smatra novim stanjem materije.

Ionizacija plina

Ovi primjeri odnose se na posebne slučajeve stanja plazme, a plazma u čistom obliku naziva se ionizirani plin. Po svojoj ionizacije može uzrokovati mnoge faktore: električno polje (ispuštanje plina, oluje), svjetlosni tok (fotoizomerizacija), brza čestica (zračenje radioaktivnih izvora, kozmičke zrake, koje su otvorene i najnoviji stupanj ionizacije visine). Međutim, glavni faktor je zagrijavanje plina (termička ionizacija). U ovom slučaju, do odstranjivanja elektrona iz atoma vodi sudar s posljednjom drugom česticom plina, koja ima dovoljnu kinetičku energiju zbog visoke temperature.

Plazma visoke temperature i niske temperature

Fizika niskotemperaturne plazme je ono s čime dolazimo u kontakt gotovo svakodnevno. Primjeri takvih stanja može biti plamen, tvar u obavljanju plina i munje, razne vrste hladnog prostoru plazme (ionosfere i magnetosfere planeta i zvijezda), radna tvar u raznim tehničkim uređajima (MHD generatora, plazma motori, plamenici itd.). Primjeri vruće plazme - (. Tokamak, laserski uređaj, i aparata zrake al) Star materijala u svim fazama njihovog razvoja, osim ranog djetinjstva i starosti, radnog medija u sustavima kontroliranog nuklearne fuzije.

Četvrto stanje materije

Prije sto i pol dana mnogi fizičari i kemičari vjerovali su da se materija sastoji samo od molekula i atoma. Kombiniraju se u kombinaciji ili potpuno neuredanima ili više ili manje naručeni. Smatra se da postoje tri faze - plinovite, tekuće i čvrste. Tvari ih poduzimaju pod utjecajem vanjskih uvjeta.

Međutim, u sadašnje vrijeme može se reći da postoje četiri stanja materije. To je plazma koja se može smatrati novim, četvrtim. Njegova razlika od kondenziranih (čvrstih i tekućih) stanja je da, kao i plin, nema samo smičnu elastičnost, već i fiksni unutarnji volumen. S druge strane, plazma se povezuje sa kondenziranom stanju prisutnošću kratkog raspona, to jest korelacijom položaja i sastava čestica u susjedstvu s danom plazmom. U ovom slučaju, takva povezanost ne generira međumolekularne sile, nego Coulombove snage: ova naboja odbacuje optužbe s istim imenom i privlači suprotne optužbe.

Kratko je razmotrena fizika plazme. Ova je tema prilično opsežna pa možemo samo reći da smo otkrili svoje temelje. Fizika plazme zasigurno zaslužuje daljnje razmatranje.