הזמנים שבהם קישרנו פלזמה עם משהו לא אמיתי, לא מובן, פנטסטי, חלפו מזמן. כיום, מושג זה נמצא בשימוש פעיל. פלזמה משמשת בתעשייה. הוא נמצא בשימוש הנפוץ ביותר בהנדסת תאורה. דוגמה לכך היא מנורות פריקת גז המאירות את הרחובות. אבל זה קיים גם במנורות פלורסנט. זה גם בריתוך חשמלי. אחרי הכל, קשת הריתוך היא פלזמה שנוצרת על ידי לפיד פלזמה. ניתן לתת דוגמאות רבות אחרות.
פיזיקת פלזמה היא ענף חשוב במדע. לכן, כדאי להבין את מושגי היסוד הקשורים אליו. לזה מוקדש המאמר שלנו.
הגדרה וסוגי פלזמה
מהי פלזמה? ההגדרה בפיזיקה די ברורה. מצב פלזמה הוא מצב כזה של חומר כאשר לאחרון יש מספר משמעותי (בהתאם למספר הכולל של החלקיקים) של חלקיקים טעונים (נשאים) שיכולים לנוע פחות או יותר בחופשיות בתוך החומר. ניתן להבחין בין הסוגים העיקריים הבאים של פלזמה בפיזיקה. אם הנשאים שייכים לחלקיקים מאותו סוג (וחלקיקים של מטען הפוך, מנטרלים את המערכת, אין להם חופש תנועה), זה נקרא חד-רכיבי. אחרת, זה - שני או רב רכיבים.
תכונות פלזמה
אז, תיארנו בקצרה את מושג הפלזמה. פיזיקה היא מדע מדויק, ולכן הגדרות הכרחיות כאן. הבה נספר כעת על המאפיינים העיקריים של מצב החומר הזה.
תכונות הפלזמה בפיזיקה הן כדלקמן. קודם כל, במצב זה, בפעולה של כוחות אלקטרומגנטיים קטנים ממילא, נוצרת תנועת נשאים - זרם שזורם בצורה זו עד שהכוחות הללו נעלמים עקב סינון מקורותיהם. לכן, הפלזמה עוברת בסופו של דבר למצב שבו היא מעין ניטראלית. במילים אחרות, לנפחים שלו, הגדולים מערך מיקרוסקופי כלשהו, יש מטען אפס. התכונה השנייה של הפלזמה קשורה לאופיים ארוכי הטווח של כוחות הקולומב והאמפר. זה מורכב מהעובדה שלתנועות במצב זה, ככלל, יש אופי קולקטיבי, הכוללים מספר רב של חלקיקים טעונים. אלו הן התכונות הבסיסיות של הפלזמה בפיזיקה. יהיה שימושי לזכור אותם.
שתי התכונות הללו מובילות לעובדה שפיזיקת הפלזמה היא עשירה ומגוונת בצורה יוצאת דופן. הביטוי הבולט ביותר שלו הוא קלות ההתרחשות של סוגים שונים של חוסר יציבות. הם מהווים מכשול רציני המעכב את היישום המעשי של פלזמה. פיזיקה היא מדע שמתפתח כל הזמן. לכן, ניתן לקוות שעם הזמן מכשולים אלויבוטל.
פלזמה בנוזלים
לפנינו לדוגמאות ספציפיות של מבנים, בואו נתחיל בבחינה של תת-מערכות פלזמה בחומר מעובה. בין הנוזלים יש למנות קודם כל מתכות נוזליות - דוגמה לה מתאימה תת-המערכת הפלזמה - פלזמה חד-רכיבית של נשאי אלקטרונים. למהדרין, הקטגוריה שמעניינת אותנו צריכה לכלול גם נוזלי אלקטרוליטים שבהם יש נשאים - יונים של שני הסימנים. עם זאת, מסיבות שונות, אלקטרוליטים אינם כלולים בקטגוריה זו. אחד מהם הוא שאין באלקטרוליט נשאים ניידים קלים, כמו אלקטרונים. לכן, תכונות הפלזמה לעיל מתבטאות חלשות הרבה יותר.
פלזמה בקריסטלים
לפלזמה בקריסטלים יש שם מיוחד - פלזמה במצב מוצק. בגבישים יוניים, למרות שיש מטענים, הם חסרי תנועה. לכן, אין פלזמה. במתכות, מדובר באלקטרוני הולכה המרכיבים פלזמה חד-רכיבית. הטעינה שלו מפוצה על ידי מטען של יונים חסרי תנועה (ליתר דיוק, לא מסוגלים לנוע למרחקים ארוכים).
פלזמה במוליכים למחצה
בהתחשב ביסודות הפיזיקה של פלזמה, יש לציין שהמצב במוליכים למחצה מגוון יותר. בוא נאפיין אותו בקצרה. פלזמה חד-רכיבית בחומרים אלו יכולה להיווצר אם מכניסים לתוכם זיהומים מתאימים. אם זיהומים תורמים בקלות אלקטרונים (תורמים), אז מופיעים נשאים מסוג n - אלקטרונים. אם זיהומים, להיפך, לוקחים בקלות אלקטרונים (קולטים), אז מתעוררים נשאים מסוג p- חורים (מקומות ריקים בהפצת אלקטרונים), שמתנהגים כמו חלקיקים בעלי מטען חיובי. פלזמה דו-רכיבית שנוצרת על ידי אלקטרונים וחורים נוצרת במוליכים למחצה בצורה פשוטה עוד יותר. לדוגמה, הוא מופיע תחת פעולת שאיבת אור, אשר זורקת אלקטרונים מרצועת הערכיות אל פס ההולכה. נציין שבתנאים מסוימים, אלקטרונים וחורים הנמשכים זה לזה יכולים ליצור מצב קשור הדומה לאטום מימן - אקציטון, ואם השאיבה אינטנסיבית וצפיפות האקסיטונים גבוהה, אז הם מתמזגים יחד ויוצרים טיפה של נוזל חור אלקטרוני. לפעמים מצב כזה נחשב למצב חדש של חומר.
יינון גז
הדוגמאות לעיל התייחסו למקרים מיוחדים של מצב הפלזמה, ופלזמה בצורתה הטהורה נקראת גז מיונן. גורמים רבים יכולים להוביל ליינון שלו: שדה חשמלי (פריקת גז, סופת רעמים), שטף אור (פוטוניזציה), חלקיקים מהירים (קרינה ממקורות רדיואקטיביים, קרניים קוסמיות, שהתגלו בהגברת דרגת היינון עם הגובה). עם זאת, הגורם העיקרי הוא חימום הגז (יינון תרמי). במקרה זה, ההפרדה של אלקטרון מאטום מובילה להתנגשות עם האחרון של חלקיק גז אחר, שיש לו מספיק אנרגיה קינטית בגלל טמפרטורה גבוהה.
פלזמה בטמפרטורה גבוהה ונמוכה
פיזיקה של פלזמה בטמפרטורה נמוכה היא מה שאנחנו באים איתו במגע כמעט כל יום. דוגמאות למצב כזה הן להבות,חומר בפריקת גז וברקים, סוגים שונים של פלזמה בחלל קר (איונו ומגנטוספירות של כוכבי לכת וכוכבים), חומר עובד במכשירים טכניים שונים (מחוללי MHD, מנועי פלזמה, מבערים וכו'). דוגמאות לפלזמה בטמפרטורה גבוהה הן עניין של כוכבים בכל שלבי התפתחותם, למעט ילדות מוקדמת וזקנה, החומר העובד במתקני היתוך תרמו-גרעיני מבוקרים (טוקאמקים, מכשירי לייזר, מכשירי אלומה וכו').
המצב הרביעי של החומר
לפני מאה וחצי, פיסיקאים וכימאים רבים האמינו שחומר מורכב רק ממולקולות ואטומים. הם משולבים בשילובים או מופרעים לחלוטין או מסודרים פחות או יותר. האמינו שיש שלושה שלבים - גזי, נוזלי ומוצק. חומרים מקבלים אותם בהשפעת תנאים חיצוניים.
עם זאת, כרגע אנחנו יכולים לומר שיש 4 מצבים של חומר. זו פלזמה שיכולה להיחשב חדשה, הרביעית. ההבדל שלו מהמצבים המעובה (מוצק ונוזל) טמון בעובדה שכמו גז, אין לו רק גמישות גזירה, אלא גם נפח קבוע. מצד שני, לפלזמה יש במשותף למצב מעובה נוכחות של סדר לטווח קצר, כלומר, המתאם של המיקומים וההרכב של חלקיקים הסמוכים למטען פלזמה נתון. במקרה זה, מתאם כזה נוצר לא על ידי כוחות בין-מולקולריים, אלא על ידי כוחות קולומב: מטען נתון דוחה מטענים בעלי אותו שם עם עצמו ומושך מטענים מנוגדים.
פיזיקת הפלזמה נסקרה על ידינו בקצרה. הנושא הזה הוא די נרחב, אז אנחנו יכולים רק לומר שחשפנו את היסודות שלו. פיזיקת הפלזמה בהחלט ראויה להתייחסות נוספת.
