زمان‌هایی که پلاسما را با چیزی غیر واقعی، غیرقابل درک، خارق‌العاده مرتبط می‌کردیم، مدت‌هاست که گذشته است. امروزه این مفهوم به طور فعال مورد استفاده قرار می گیرد. پلاسما در صنعت کاربرد دارد. بیشترین کاربرد را در مهندسی روشنایی دارد. به عنوان مثال لامپ های تخلیه گاز خیابان ها را روشن می کند. اما در لامپ های فلورسنت نیز وجود دارد. در جوشکاری الکتریکی نیز هست. پس از همه، قوس جوش پلاسما تولید شده توسط یک مشعل پلاسما است. مثالهای بسیار دیگری می‌توان ذکر کرد.
فیزیک پلاسما شاخه مهمی از علم است. بنابراین، ارزش درک مفاهیم اساسی مرتبط با آن را دارد. این همان چیزی است که مقاله ما به آن اختصاص دارد.
تعریف و انواع پلاسما
پلاسما چیست؟ تعریف در فیزیک کاملاً واضح است. حالت پلاسما حالتی از ماده است وقتی که دومی دارای تعداد قابل توجهی (متناسب با تعداد کل ذرات) ذرات باردار (حامل) باشد که می توانند کم و بیش آزادانه در داخل ماده حرکت کنند. انواع اصلی پلاسما در فیزیک زیر قابل تشخیص است. اگر حامل ها متعلق به ذرات هم نوع باشند (وذرات بار مخالف، سیستم را خنثی می کنند، آزادی حرکت ندارند)، به آن یک جزئی می گویند. در غیر این صورت، دو یا چند جزئی است.
ویژگی های پلاسما
بنابراین، مفهوم پلاسما را به اختصار توضیح دادیم. فیزیک یک علم دقیق است، بنابراین تعاریف در اینجا ضروری هستند. بگذارید اکنون در مورد ویژگی های اصلی این حالت ماده صحبت کنیم.
خواص پلاسما در فیزیک به شرح زیر است. اول از همه، در این حالت، تحت تأثیر نیروهای الکترومغناطیسی کوچک، حرکت حامل ها ایجاد می شود - جریانی که به این ترتیب جریان می یابد تا زمانی که این نیروها به دلیل غربالگری منابع آنها ناپدید شوند. بنابراین، پلاسما در نهایت به حالتی می رسد که شبه خنثی است. به عبارت دیگر، حجم آن، بزرگتر از مقداری میکروسکوپی، دارای بار صفر است. دومین ویژگی پلاسما به ماهیت دوربرد نیروهای کولن و آمپر مربوط می شود. این شامل این واقعیت است که حرکات در این حالت، به عنوان یک قاعده، دارای یک شخصیت جمعی هستند که شامل تعداد زیادی ذرات باردار است. اینها خصوصیات اساسی پلاسما در فیزیک هستند. یادآوری آنها مفید خواهد بود.
هر دوی این ویژگی ها به این واقعیت منجر می شود که فیزیک پلاسما به طور غیرعادی غنی و متنوع است. بارزترین جلوه آن سهولت وقوع انواع ناپایداری ها است. آنها مانعی جدی برای کاربرد عملی پلاسما هستند. فیزیک علمی است که دائما در حال تکامل است. بنابراین، می توان امیدوار بود که به مرور زمان این موانعحذف خواهد شد.
پلاسما در مایعات
با عطف به نمونه های خاصی از ساختارها، اجازه دهید با در نظر گرفتن زیرسیستم های پلاسما در ماده متراکم شروع کنیم. در بین مایعات، ابتدا باید فلزات مایع را نام برد - نمونه ای که زیرسیستم پلاسما با آن مطابقت دارد - یک پلاسمای تک جزئی از حامل های الکترون. به طور دقیق، مقوله مورد علاقه ما باید شامل مایعات الکترولیتی نیز باشد که در آن حامل ها - یون های هر دو علامت وجود دارد. با این حال، به دلایل مختلف، الکترولیت ها در این دسته قرار نمی گیرند. یکی از آنها این است که هیچ حامل نور و متحرک مانند الکترون در الکترولیت وجود ندارد. بنابراین، خواص پلاسمایی فوق بسیار ضعیف تر بیان می شود.
پلاسما در کریستال
پلاسما در کریستال ها نام خاصی دارد - پلاسما حالت جامد. در بلورهای یونی، اگرچه بارهایی وجود دارد، اما بی حرکت هستند. بنابراین پلاسما وجود ندارد. در فلزات، اینها الکترون های رسانایی هستند که پلاسمای یک جزئی را تشکیل می دهند. بار آن با بار یون های بی حرکت (به طور دقیق تر، ناتوان در حرکت در فواصل طولانی) جبران می شود.
پلاسما در نیمه رساناها
با توجه به مبانی فیزیک پلاسما، باید توجه داشت که وضعیت در نیمه هادی ها متنوع تر است. بیایید به طور خلاصه آن را توصیف کنیم. در صورت وارد شدن ناخالصی مناسب به این مواد، پلاسمای یک جزئی در این مواد ایجاد می شود. اگر ناخالصی ها به راحتی الکترون (اهداکننده) را اهدا کنند، حامل های نوع n ظاهر می شوند - الکترون ها. برعکس، اگر ناخالصی ها به راحتی الکترون ها (پذیرنده ها) را از بین ببرند، حامل های نوع p بوجود می آیند.- حفره ها (مکان های خالی در توزیع الکترون ها) که مانند ذرات با بار مثبت رفتار می کنند. پلاسمای دو جزئی که توسط الکترون‌ها و حفره‌ها تشکیل می‌شود به روشی ساده‌تر در نیمه‌رساناها ایجاد می‌شود. به عنوان مثال، تحت عمل پمپاژ نور ظاهر می شود، که الکترون ها را از باند ظرفیت به نوار رسانایی پرتاب می کند. توجه می کنیم که تحت شرایط خاص، الکترون ها و حفره هایی که به یکدیگر جذب می شوند می توانند یک حالت محدود شبیه به اتم هیدروژن - یک اکسایتون تشکیل دهند، و اگر پمپاژ شدید باشد و چگالی اکسیتون ها زیاد باشد، آنها با هم ادغام می شوند و یک قطره را تشکیل می دهند. مایع الکترون حفره ای گاهی اوقات چنین حالتی حالت جدیدی از ماده در نظر گرفته می شود.
یونیزاسیون گاز
مثالهای فوق به موارد خاصی از حالت پلاسما اشاره کردند و پلاسما به شکل خالص آن را گاز یونیزه می نامند. عوامل زیادی می توانند منجر به یونیزه شدن آن شوند: میدان الکتریکی (تخلیه گاز، رعد و برق)، شار نور (فوتیونیزاسیون)، ذرات سریع (تابش از منابع رادیواکتیو، پرتوهای کیهانی که با افزایش درجه یونیزاسیون با ارتفاع کشف شدند). اما عامل اصلی گرم شدن گاز (یونیزاسیون حرارتی) است. در این حالت، جدا شدن یک الکترون از یک اتم منجر به برخورد با دومی ذره گاز دیگری می شود که به دلیل دمای بالا انرژی جنبشی کافی دارد.
پلاسما با دمای بالا و پایین
فیزیک پلاسمای با دمای پایین چیزی است که ما تقریباً هر روز با آن در تماس هستیم. نمونه هایی از چنین حالتی شعله های آتش هستند،ماده موجود در تخلیه گاز و صاعقه، انواع پلاسمای فضای سرد (یونو و مگنتوسفر سیارات و ستارگان)، ماده فعال در دستگاه های فنی مختلف (ژنراتورهای MHD، موتورهای پلاسما، مشعل ها و غیره). نمونه‌هایی از پلاسمای با دمای بالا، ماده ستاره‌ها در تمام مراحل تکامل آنها هستند، به استثنای دوران کودکی و پیری، ماده‌ای که در تأسیسات همجوشی گرما هسته‌ای کنترل‌شده (توکامک‌ها، دستگاه‌های لیزر، دستگاه‌های پرتو و غیره) وجود دارد..
حالت چهارم ماده
یک و نیم قرن پیش، بسیاری از فیزیکدانان و شیمیدانان معتقد بودند که ماده فقط از مولکول ها و اتم ها تشکیل شده است. آنها در ترکیبات یا کاملاً بی نظم یا کم و بیش مرتب ترکیب می شوند. اعتقاد بر این بود که سه فاز وجود دارد - گاز، مایع و جامد. مواد آنها را تحت تأثیر شرایط خارجی می پذیرند.
اما در حال حاضر می توان گفت که 4 حالت ماده وجود دارد. این پلاسما است که می تواند جدید در نظر گرفته شود، چهارم. تفاوت آن با حالت متراکم (جامد و مایع) در این است که مانند گاز، نه تنها خاصیت ارتجاعی برشی ندارد، بلکه حجم ثابتی نیز دارد. از طرف دیگر، یک پلاسما با حالت متراکم دارای نظم کوتاه برد است، یعنی همبستگی موقعیت ها و ترکیب ذرات مجاور یک بار پلاسما معین. در این مورد، چنین همبستگی نه توسط نیروهای بین مولکولی، بلکه توسط نیروهای کولن ایجاد می‌شود: یک بار معین بارهای همنام را با خود دفع می‌کند و بارهای مخالف را جذب می‌کند.
فیزیک پلاسما به طور خلاصه توسط ما بررسی شد. این مبحث کاملاً حجیم است، بنابراین فقط می توان گفت که ما اصول اولیه آن را آشکار کرده ایم. فیزیک پلاسما قطعاً مستحق بررسی بیشتر است.
