June 10, 2012
Що таке плазма - незвичний газ
З дитинства ми знаємо кілька агрегатних станів речовин. Візьмемо до прикладу воду. Її звичайний стан відомо усім - рідина, вона поширена повсюдно: річки, озера, моря, океани. Друге агрегатний стан - газ. Його ми бачимо не часто. Найлегший спосіб досягти газоподібного стану у води - закип'ятити її. Пар - є ніщо інше, як газоподібний стан води. Третє агрегатний стан - тверде тіло. Подібний випадок ми можемо спостерігати, наприклад в зимові місяці. Лід - завмерла вода, і є третя агрегатний стан.
Даний приклад наочно показує що практично будь-яка речовина має три агрегатних стани. У одних його досягти легко, у інших складніше (потрібні особливі умови).
Але сучасна фізика виділяє ще одне, незалежне стан речовини - плазма.
Плазма - це іонізований газ з однаковою щільністю як позитивних так і негативних зарядів. Як відомо, при сильному нагріванні будь-яка речовина переходить у третю агрегатний стан - газ. Якщо продовжувати розігрівати отримане газоподібна речовина, то на виході отримаємо речовина з різко збільшеним процесом термічної іонізації, складові газ атоми розпадаються утворюючи іони. Даний стан можна спостерігати неозброєним оком. Наше Сонце - зірка, як і мільйони інших зірок і галактик у Всесвіті є ніщо інше як високотемпературна плазма. На жаль на Землі, в природних умовах плазма не існує. Але спостерігати ми її все ж можемо, наприклад спалах блискавки. У лабораторних умовах плазму вперше вдалося отримати в результаті пропускання через газ високої напруги. Сьогодні багато хто з нас користуються плазмою в побуті - це звичайні газорозрядні лампи денного світла. На вулицях часто-густо спостерігається неонова реклама, яка є ніщо інше як низькотемпературна плазма в скляних трубках.
Для того, що б з газоподібного стану перейти до плазми, газ необхідно іонізувати. Від числа атомів залежить безпосередньо і ступінь іонізації. Ще однією умовою є температура.
До 1879 року фізика описувала і керувалася лише трьома агрегатними станами речовин. Поки англійський учений, хімік і фізик, - Вільям Крукс не почала проводити досліди з дослідження провідності електрики в газах. До його відкриттям зараховують відкриття елемента Талія, отримання Гелія в лабораторних умовах і, звичайно, перші досліди з отриманням холодної плазми в газорозрядних трубках. Звичний нам термін "плазма" був застосований вперше в 1923 році американським вченим Ленгмюром, а пізніше і Тонксоном. До цього часу "плазмою" позначали лише безбарвну складову крові або молока.
Сьогоднішні дослідження показують, всупереч поширеній думці, в стані плазми знаходиться близько 99% всього речовини у Всесвіті. Всі зірки, все міжзоряний простір, галактики, туманності, сонячний віяло - типові представники плазми.
На землі ми можемо спостерігати такі природні явища як блискавка, північне сяйво, "вогні святого Ельма", іоносфера Землі і, звичайно, вогонь.
Людина так само навчився застосовувати плазму собі на благо. Завдяки четвертому агрегатному стані речовини ми можемо користуватися газорозрядними лампами, плазмовими телевізорами, дугового електрозварювання, лазерами. Так само, явища плазми ми можемо спостерігати при ядерному вибуху або запуску космічних ракет.
Одним з пріоритетних досліджень в напрямку плазми можна вважати реакцію термоядерного синтезу, який повинен стати безпечною заміною атомної енергетики.
За класифікацією плазму ділять на низькотемпературну і високотемпературну, рівноважну і нерівноважну, ідеальну і неідеальну.
Низькотемпературна плазма характеризується малої ступенем іонізації (близько 1%) і температурою до 100 тисяч градусів. Саме з цього плазму такого роду часто використовують в різних технологічних процесах (нанесення алмазної плівки на поверхню, зміна змочуваності речовини, озонування води і т.д.).
Високотемпературна або "гаряча" плазма володіє практично 100% іонізацією (саме такий стан і мають на увазі під четвертим агрегатним станом) і температурою до 100 мільйонів градусів. У природі - це зірки. У земних умовах саме високотемпературна плазма використовується для дослідів термоядерного синтезу. Контрольована реакція досить складна і енергозатратна, а ось неконтрольована досить зарекомендувала себе як зброю колосальної потужності - термоядерна бомба, випробувана СРСР 12 серпня 1953 року.
Але це крайнощі. Холодна плазма досить міцно зайняла своє місце в побут людини, про корисний контрольованому термоядерному синтезі залишається поки мріяти, зброя насправді не може бути застосовано.
Але в побуті плазма не завжди однаково корисна. Іноді існують ситуації при яких слід уникати розрядів плазми. Наприклад при будь-яких комутаційних процесах ми спостерігаємо плазмову дугу між контактами, яку терміново необхідно гасити.
