Плазма свойства: Плазма. Свойства и получение. Применение и отличие. Особенности

Плазма. Свойства и получение. Применение и отличие. Особенности

Плазма – это ионизированный газ, содержащий электроны, а так же положительно и отрицательно заряженные ионы. Она является одним из четырех основных агрегатных состояний веществ.

Традиционно утверждалось, что существует 3 основных агрегатных состояний веществ. Они могут быть жидкими, твердыми и газообразными. Об этом говорили ученые с самого начала существования известной науки. С развитием технологий и научных наблюдений было установлено четвертое состояние веществ, именуемое плазмой. Обычно она возникает в результате сильного нагрева. Процесс ее образования выглядит следующим образом. Любое твердое вещество при очень сильном нагреве сначала плавится, после чего переходит в газообразное состояние, при продолжении температурного воздействия осуществляется его дальнейшее распадение на свободные атомы. От продолжающегося повышения температуры осуществляется отделение электронов, а также положительно и отрицательно заряженных ионов. В результате получается ионизированный газ, являющийся плазмой.

Впервые о плазме заговорил английский физик сэр Уильям Крикс в 1879 году. Предложенная им концепция активно развивалась и совершенствовалась, что наблюдается и сегодня. Существуют различные предположения, которые указывают на то, что плазма была открыта намного раньше. Об этом можно судить даже по древнему утверждению о существовании четырех стихий: земля, вода, воздух и огонь. Они тесно переплетаются с современным трактованием 4 агрегатных состояний: твердое, жидкое, газообразное и плазменное. В определенных смыслах можно вполне сопоставить плазму и огонь.

Помимо получения плазмы в результате термической обработки вещества, его также можно выделить проводя бомбардировку газа быстрыми заряженными частицами. Для этого проводится облучение радиоактивными веществами. В таких случаях осуществляется выработка низкотемпературной плазмы.

Также была разработана технология получения газоразрядной плазмы. Для этого через газ пропускается электрический ток, вызывающий его ионизацию. Ионизированные частицы переносят ток, что приводит к их дальнейшему разрушению. Получаемая в результате электрического воздействия плазма менее эффективна в плане сохранения жизнедеятельности, чем образованная от термической обработки. Это связано с меньшим нагревом и высокой скоростью охлаждения частиц, так как они постоянно контактируют с другими ионами, не получившими необходимого нагрева.

Более сложный способ ее образования заключается в сильном сжатии вещества. Подобные методы воздействия приводят к сходу атомов со своих орбит. Возникающие в результате отдельные положительно и отрицательно заряженные частицы приобретают определенные свойства, которые могут применяться в различных сферах при обработке материалов.

Главным свойством плазмы является высокая электрическая проводимость, значительно превосходящая прочие агрегатные состояния веществ. При этом суммарный электрический заряд равен нулю. Плазма подвержена влиянию магнитного поля. Под его воздействием она способна концентрировать струю, что позволяет проводить контроль движения газа.

Также для плазмы характерно корректирование взаимодействия. У обычного газа происходит сталкивание частиц по двое, а в случае с плазмой электроны сталкиваются чаще и крупными группами.

Свойства плазмы могут отличаться в зависимости от ее разновидности. По термическим свойствам ее разделяют на 2 вида:

• Низкотемпературная.
• Высокотемпературная.

Для низкотемпературной плазмы характерен нагрев менее чем до 1 млн. Кельвинов. Высокотемпературный газ имеет температуру как минимум 1 млн. Кельвинов. Последняя разновидность плазмы принимает участие в термоядерном синтезе.

Считается, что 99% Вселенной представлено плазмой. Любая звезда состоит именно из ионизированного газа. Впервые об этом начали задумываться наблюдая за Солнцем. Исходящий от него ветер является ничем иным, как плазмой.

Наблюдать плазму можно и в ионосфере. Визуально этот эффект можно заметить рассмотрев пример полярного сияния. Оно образовывается в результате облучения азота и кислорода солнечным излучением. Конечно, пример с полярным сиянием не столь удачный, поскольку данное явление можно увидеть только в определенных участках местности, малодоступной для большинства людей. Более частым проявлением природной плазмы, которое встречается везде, является момент удара молнии. Электрический искровой разряд, появляющийся в грозу, это и есть сильно ионизирующий газ.

Раньше считалось, что огонь это тоже разновидность плазмы, но это утверждение в корне неверно. Для плазмы характерна температура от 8000 градусов. Самое мощное пламя даже при обдуве кислородом не может нагреваться выше 4000 градусов.

На первый взгляд может показаться, что плазма и газ это довольно взаимосвязанные агрегатные состояния, которые можно объединить в одно понятие. Все же существует ряд особенностей, позволяющие их разделить. В первую очередь можно отметить электрическую проводимость. У газа она крайне мала. Ярким примером будет воздух. Сам по себе он отличный диэлектрик, поэтому по нему электрический заряд не передается. Стоит его довести до состояния плазмы, как ситуация кардинально меняется, ведь по ней заряд передается вполне эффективно.

Также плазму от газов отличает однородность частиц. Для газов характерно, что в их структуре присутствуют подобные друг к другу составляющие. Они постоянно двигаются и взаимодействуют между собой на сравнительно небольшом расстоянии. В случае же с плазмой в ней есть как минимум 2-3, а то и больше вида частиц. В ее составе наблюдаются электроны, ионы и нейтральные частицы. Их свойства отличаются между собой. У них может быть разная скорость или температура. Именно по этой причине для плазмы характерна неустойчивость и сложность управления, поскольку многие ее составляющие действуют отличительно от прочих.

В последнее время появилось довольно много приборов, устройство которых предусматривает работу где применяется плазма. Впервые ионизированные газы начали использоваться при создании светотехники. Ярким тому примером станут газоразрядные лампы. Принцип действия таких лампочек заключается в передаче электрического тока через газ заключенный в колбе. В результате наблюдается ионизация с получением ультрафиолетового излучения. Последнее поглощается люминофором, что и вызывает его свечение в видимом для человеческого глаза диапазоне.

Особо востребованной технологией является плазменная резка. Таким оборудованием создается разогретая струя, способная плавить металлы и практически все вещества, встречаемые на ее пути. Обычно такое оборудование превращает в ионизированный газ обыкновенную воду. Сначала она испаряется, после чего под воздействием электрического тока из нее формируется плазменный пучок.

Принцип плазмы может применяться для осуществления передачи данных на расстояние. В связи с этим проводится активная разработка плазменных антенн. Данная идея запатентована еще в 1919 году, но так и не была полноценно применена вплоть до начало XXI века. Технические наработки испытания такого оборудования дают основание полагать, что эта технология придет на замену привычного для всех wi-fi соединения. Она обладает большей скоростью передачи данных, а также возможностью действия в большом радиусе. Проводимость плазмы превышает проводимость серебра, которое является одним из лучших твердых веществ для передачи зарядов.

Также в промышленности началось внедрение технологии напыления расплавленного материала под воздействием плазменной струи. Металл, или другой материал, расплавляется, после чего подается на струю в плазму. В результате он распыляется, дополняя струю. После этого взаимодействия с плазмой прекращается, и материал оседает на требуемых поверхностях в виде тонкого покрытия. Этот метод позволяет провести обработку гораздо быстрее, чем в случае с электрохимическим методом.

Всемирно известный научный проект Токамак, являющийся сокращением полного названия тороидальная камера с магнитными катушками – это установка для магнитного удержания плазмы. Она разработана с целью поддержания условий для проведения управляемого термоядерного синтеза. Впервые эта установка была построена в 1954 году, после успеха проведенных испытаний, в мире было создано более 200 ее копий, где осуществляются исследования и сегодня.

Особенность данного проекта заключается в обеспечении контроля ионизированного газа. В Токамаке плазма удерживается с помощью магнитного поля. Такой способ применяется, поскольку создать ограждение стенками для предотвращения утечки плазмы невозможно. Любое вещество при контакте с ней расплавляется. Чтобы магнитное поле могло подействовать ионизирующий газ, через него пропускают электрический ток. Он обеспечивает создание электрического поля. Также прохождение тока активизирует набор высокой температуры.

Исследование плазмы, позволят реализовать идею контролируемого термоядерного синтеза. Как следствие удастся создать высокоэффективные электростанции, работающие значительно безопаснее атомных, и не создающих вредного выброса в атмосферу.

Похожие темы:

• Сверхпроводящие магниты. Устройство и работа. Применение
• Атмосферное электричество. Виды и особенности. Явления
• Генератор Ван де Граафа. Работа и применение. Особенности
• Аэрогель. Виды и применение. Плюсы и минусы. Особенности
• Карбид. Применение и безопасность. Особенности при сварки

Что такое плазма и зачем она нужна? Разбор

Начнем сегодняшний ролик с неочевидного вопроса: как вы думаете, а можно ли поджечь воду? Большинство скажут, что конечно же нет! Это же две разные стихии — огонь и вода. Обычно воду как раз используют, чтобы огонь тушить!

Но это не совсем так — да вода тушит огонь, но только если огонь относительно холодный! А вот если огонь очень горячий, то можно поджечь и воду, и даже металл! Но как?!

Сегодня во всем разберемся, расскажем вам о том, что такое плазма и почему плазмы на самом деле гораздо больше вокруг нас, чем мы о ней думаем. Ну и вообще выясним? зачем нам нужна плазма и где мы ее применяем. А главное разберемся с физикой и тем как плазма образуется! Все как вы любите — подробно и понятно!

Введение

А что такое плазма? Идем на Википедию и просто смотрим определение.

Она говорит нам, что это Ионизированный газ, одно из классических агрегатных состояний.

Подождите, прямо в определении же написано, что это газ? Так почему вообще мы считаем что это отдельное агрегатное состояние?

Давайте сначала вообще разобраться какие бывают состояния вещества. Итак, вокруг нас существуют четыре, как мы их называем, основных агрегатных состояния вещества.

Классические состояния, а именно — Твердое, жидкое, газ.  И последнее — плазма!

В чем же между ними разница? И почему одно и тоже химическое соединение, в нашем случае вода, может быть и твердой, и жидкой и газом. Все дело в давлении и температуре. То есть в энергии или можно еще сказать в скорости молекул вещества!

Если энергия, то есть скорость, слишком низкая, то молекулы h3O хотят образовывать кристаллическую решетку, и образуется твердое вещество. И оно такое до 0 градусов по Цельсию. При нормальных условиях! То есть лед.

Дальше энергия системы становится больше, чем энергия связи молекул между собой и вода переходит в жидкое состояние где она остается до 100 градусов цельсия. То есть это некоторое промежуточное состояние когда скорость молекул такая, что образуется жидкость.

И вот уже после 100 градусов энергия системы становится достаточно большой, чтобы молекулы воды начали грубо говоря вылетать. Это и есть превращение в газ!

Но надо сказать кое-что важное, что все, что мы тут описали для воды это в нормальных условиях, то есть при давлении в одну атмосферу. Поднимитесь высоко в горы, и вода будет уже кипеть при гораздо более низких температурах. Если вы не знали, то на вершине Эвереста вода кипит всего при 68 градусах! Тут даже яйцо не сварить, так как белок сворачивается только при 85! Так вот для каждого вещества есть свои законы так называемых фазовых переходов, который зависит не только от температуры но и от давления.

Можно посмотреть на график для воды и тут много чего интересного!

Например, при давлении в 1 миллион атмосфер вода остается льдом даже при 500 градусах! Как вам такое — на льду можно и стейк поджарить! В центре нашей Земли давление кстати почти в 4 раза больше. Кроме того можно найти еще пару необычных мест. Например, точка где сходятся все три состояния около 0 градусов и при пониженном давлении около 10-ти милибар. Тут вообще вода одновременно и жидкость и газ и твердое вещество.

Или например при низком давлении можно перевести воду сразу изо льда в пар минуя жидкое состояние.

И для каждого такого фазового перехода есть свое определение — кристаллизация, плавление, испарение, конденсация и так далее!

Плазма

Но что случится если взять водяной пар и продолжить его нагревать?

В начале ничего особенного не произойдет, будет просто горячий газ, как в бане, когда камни поливаете водой.  А что случилось бы если бы камни в парилке были бы температурой несколько десятков тысяч градусов? И вот тут мы наконец-то приходим к новому состоянию, то есть к плазме.

Давайте для простоты возьмем водяной пар в каком-то воображаемом замкнутом объеме. Сначала если нагреть водяной пар до достаточной температуры то молекулы воды сначала начнут разваливаться на кислород и водород! А если нагреть дальше, то уже скорость самих атомов становится такой большой, что они начинают как бы разваливается. Точнее не совсем разваливаться, от атомов начинают отделяться электроны.

И получается очень интересная ситуация, когда в некотором объеме появляется облако плазмы, которое содержит в себе кучу свободно летающих электронов, а так же положительно и отрицательно заряженных ионов.

Но как же происходит образование плазмы?

Все дело в так называемом лавинном эффекте. Возьмем уже упомянутый ранее объем газа. У нас там есть в основном свободно летающие атомы, которые сталкиваются друг с другом…

Так вот если нагревать, то скорость, а соответственно и энергию, этих свободных электронов и ионов увеличивается. Энергию конечно же можно вносить и не просто нагревом, а другим способои, например с помощью магнитного или электрического поля.

Представьте себе бильярдные шары, если они просто сталкиваются от удара кием, то они просто разлетаются и иногда попадаюь в лузы. Но вот если этому шару дать достаточно энергии, например выстрелить им из пушки, то все шары начинают разваливаться.

В результате, когда энергия, или скорость этих атомов становится больше какого-то порогового значения, то при столкновении с другими атомами газа, и из них рождаются ионы.

И получается настоящая цепная реакция, когда одни ионы начинают рождать все больше и больше себе подобных! Ну и в результате плазма как бы зажигается. И этот процесс называется ионизацией.

А энергия необходимая для ионизации плазмы индивидуальна для каждого конкретного химического элемента. Плазму можно поджечь не только из привычных нам газов вроде кислорода, или аргона, а например можно даже поджечь плазму из урана!

Ну а если вы помните наш крутой ролик о экстремальной ультрафиолетовой литографии, то там для получения нужного излучения с длинной в 13. 5 нанометров нужно было получать плазму олова!

И для того чтобы поджечь плазму олова в установках ASML лазер стрелял огромной энергией в жидкую каплю олова таким образом сразу ее ионизируя, то есть превращая в плазму.

И ровно таким же образом можно в теории поджечь воду! Только это будут именно молекулы воды. Всего-то надо нагреть ее до примерно 10 тысяч градусов!

Квазинейтральность

А вот тут мы зададим вам еще один интересный вопрос! Как вы думаете может огонь от обычной свечки проводить электричество?

При первом взгляде кажется, что нет, ведь обычно мы привыкли, что электричество проводят разные металлы — медь, алюминий и другие. Но при чем тут вообще огонь от свечки?

Но тот факт, что плазма — это фактически облако заряженных частиц дает плазме еще одно удивительное свойство.

В отличие от обычного газа, наличие в ней кучи свободных электронов и ионов позволяет плазме проводить электрический ток! И это рождает очень интересные явления. Это позволяет этой плазмой управлять!

Например, если поместить горящую свечку между двумя пластинами конденсатора, то через огонь спички начинает проскакивать искра! Более того сама форма пламени меняется — и оно как бы растягивается между пластинами конденсатора. Это именно следствие того, что там есть и положительные и отрицательные частички. Соответственно отрицательные притягиваются к положительной пластине конденсатора и наоборот. При этом если вы посмотрите на какие-то внутренние крошечные участки плазмы, то там может быть или много положительных или много отрицательных заояженных частиц. Однако, если вы возьмете плазму в большом объеме, и посчитаете все частицы, то заряд получится ноль. Это свойство называется квазинейтральностью плазмы.

И казалось бы обычный газ ведь тоже нейтральный, соответственно разницы особенно нет! Но квазинейтральность это уникальное для плазмы и именно оно отличает плазму от других систем, и в особенности от обычного газа!

И она открыла нам множество технологических возможностей. Вспоминайте наш материал о травлении и осаждении! Плазменное травление почти всегда используется в производстве процессоров именно благодаря возможности направлять и ускорять поток заряженных частиц.

Ну и конечно же нельзя забывать о старых добрых плазменных телевизорах,

где в каждом пикселе поджигали небольшой плазменный разряд смеси неона и ксенона. Интересно что в этих телевизорах плазма была источником ультрафиолетового света, который позволял пикселю, который был покрыт фосфором начинать светиться.

А сам материал был подобран таким образом, что какие-то пиксели светились красным, а какие-то синим и зеленым. Получается классический РГБ.

Или например неоновые трубки. В них используется определенные газы, которые светятся определенным светом.

Так что настоящий плазменный киберпанк уже очень давно был у нас у всех дома и на улицах!

В общем, плазма нашла очень широкое применение вообще во всех сферах человеческой жизни! Без нашего понимания того что такое плазма небыло бы никаких современных процессоров например.

Ну а в скором времени надеюсь, что и ITER запустят — Международный экспериментальный термоядерный реактор! Ведь там будет плазма температурой в 150 млн градусов!

Распространение и выводы

Но на самом деле плазма гораздо распространеннее в природе чем принято думать. Мы привыкли что в основном вокруг нас только 3 основных состояния вещества.

Ну окей иногда можно видеть плазму в виде огоня костра, или вспышку молнии, а кому-то из наших зрителей посчастливелось увидеть например северное сияние!

Но это все такие мелочи по сравнению с объемом жидкости или газа вокруг нас!

А вот нет!

Оказывается во всей вселенной 99.9% всего вещества находится именно в состоянии плазмы! И все из-за звезд. Каждая звезда — это просто огромный плазменный бульон разной массы, плотности и температуры!

И именно благодаря плазме, в конце концов мы с вами появились на Земле!

Сегодня мы с вами посмотрели на плазму, да и вообще глянули на другие основные агрегатные состояния вещества! Но вообще есть и другие! И они вообще взрывают мозг.

Мы ведь обсуждали что будет если нагреть пар, а что будет если уже нагреть саму плазму! Всего-то на 7 триллионов градусов.

Тут энергия становится так велика что начинают уже разваливаться сами ядра атомов на кварки! И получается кварк-глюонная плазма. И вы не поверите, но ее человечество тоже научилось получать!

Post Views: 3 466

Объяснение плазмы — Science Learning Hub

Добавить в коллекцию

Мы счастливо живем в газообразных нижних слоях атмосферы Земли, состоящих из смеси газов, в основном азота и кислорода. Однако если мы движемся вверх от поверхности Земли, окружающая среда меняется и уже не соответствует этому описанию. На высоте около 80 км над поверхностью Земли атмосфера больше не состоит из газа. Вместо этого он состоит из ионизированного газа, состоящего из сбалансированной смеси электронов, положительных ионов и нейтральных частиц. Это состояние называется плазмой. Обычно известное как «четвертое состояние материи», по мнению многих астрофизиков, оно является самым «первым» состоянием, поскольку оно образовалось первым сразу после Большого взрыва.

Чтобы создать плазму, необходима энергия, чтобы отделить электроны от атомов. Энергия может быть в различных формах – тепловая, электрическая или световая (ультрафиолетовый свет или интенсивный видимый свет от лазера). При недостаточной поддерживающей мощности плазма рекомбинирует в нейтральный газ.

Дальше в космос весь газ ионизирован, и за этот процесс ионизации отвечает высокоэнергетическое электромагнитное излучение Солнца, которое само состоит из плазмы. Поэтому в космосе преобладает плазма. На самом деле 99% материи в известной Вселенной — это плазма.

Формы плазмы

Плазма встречается в природе, но может быть получена и искусственным путем. Природная плазма может быть земной (наземной) или космической (астрофизической). Искусственная плазма была разработана для удовлетворения потребностей широкого круга производителей, производителей и специализированных лакокрасочных производств.

Примеры трех форм плазмы

Свойства плазмы

Плазма — это наивысшее энергетическое состояние вещества. Он состоит из набора свободно движущихся электронов, положительных ионов и нейтральных частиц. Хотя она тесно связана с газовой фазой в том смысле, что не имеет определенной формы или объема, у нее есть ряд отличий:

• Плазма обладает очень высокой электропроводностью.
• Плазма более подвержена влиянию электрических и магнитных полей, чем гравитации.
• Движение электронов и ионов в плазме создает собственные электрические и магнитные поля.
• Из-за полностью хаотического и высокоэнергетического состояния составляющих частиц плазмы она производит собственное электромагнитное излучение.

Для создания и поддержания высокоэнергетического состояния плазмы необходимо постоянное поступление энергии.

Искусственная плазма – горячая и холодная

Горячая или термальная плазма образуется в атмосферных дугах, искрах и пламени. Высокоионизированная плазма состоит из большого количества электронов и положительных ионов, температура которых чрезвычайно высока. В зависимости от мощности плазменные резаки работают при очень высоких температурах от 5000 до 10 000°C.

Холодная или нетепловая плазма менее ионизирована, и хотя электроны имеют высокую температуру, положительные ионы и нейтральные частицы имеют более низкую температуру. При включении люминесцентной лампы внутри трубки создается холодная плазма (комнатной температуры).

Применение искусственной плазмы

Использование термической плазмы в ряде отраслей, включая освещение, нанесение покрытий, производство и очистку металлов. Их примеры включают:

• дуговые металлогалогенные лампы, используемые в прожекторах
• процессы плазменного покрытия, которые позволяют наносить износостойкие и термостойкие покрытия на выбранные поверхности
• использование электрических дуг для резки и сварки металлов.

По мере того, как ученые стали лучше понимать структуру и свойства плазмы, появились новые технологии, что привело к быстрому расширению использования холодной или нетепловой плазмы. Например, при производстве компонентов компьютерного оборудования для изготовления интегральных схем используются такие процессы, как химическое осаждение из паровой фазы с усилением плазмы и травление. Плазменная обработка этого типа сыграла важную роль в разработке и производстве мощных, компактных компьютеров и сотовых телефонов, которые широко используются.

Другие примеры использования холодной плазмы включают:

• освещение люминесцентными лампами
• плазменные телевизоры
• контроль окружающей среды – сокращение выбросов загрязняющих газов
• плазменные шаровые игрушки.

Работа с плазменным телевизором

Плоский экран состоит из двух прозрачных стеклянных панелей, между которыми расположен тонкий слой пикселей. Каждый пиксель состоит из трех заполненных газом ячеек. Газ представляет собой смесь неона и ксенона. Каждая ячейка окрашена изнутри люминофором, который при стимуляции излучает красный, зеленый или синий видимый свет. Сетка крошечных электродов позволяет подавать электрический ток на каждую ячейку пикселя. При протекании тока газ в ячейке ионизируется до состояния плазмы, в результате чего излучается УФ-свет. Люминофор, покрывающий стенки клетки, поглощает этот ультрафиолетовый свет и стимулируется к излучению видимого света, красного, зеленого или синего.

Количество пикселей в плазменном дисплее зависит от разрешения дисплея. Плазменный дисплей с разрешением 1280 x 720 имеет разрешение 1280 x 720 = 921 600 пикселей. Каждый пиксель состоит из трех ячеек, поэтому плазма с разрешением 1280 x 720 содержит 3 x 921 600 = 2 764 800 отдельных ячеек.

Изменяя импульсы тока, протекающего через разные ячейки, система управления может увеличивать или уменьшать интенсивность цвета каждой ячейки для создания сотен различных комбинаций красного, зеленого и синего цветов. Таким образом, система управления может воспроизводить цвета по всему спектру.

Опубликовано 29 апреля 2014 года. Загрузить 0 элементов

Загрузить все

Состояние вещества: Плазма | Live Science

Когда вы совершаете покупку по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот как это работает.

Скриншот замедленного видео, показывающий две полосы плазмы, стреляющие в сторону от солнца. (Изображение предоставлено НАСА)

Плазма — это состояние вещества, которое часто рассматривается как подмножество газов, но эти два состояния ведут себя совершенно по-разному. Подобно газам, плазма не имеет фиксированной формы или объема и менее плотна, чем твердые тела или жидкости. Но в отличие от обычных газов, плазма состоит из атомов, в которых часть или все электроны оторваны, а положительно заряженные ядра, называемые ионами, свободно перемещаются.

«Газ состоит из нейтральных молекул и атомов», — сказал Сюэдун Ху, профессор физики в Университете Буффало. То есть количество отрицательно заряженных электронов равно количеству положительно заряженных протонов.

«Плазма — это заряженный газ с сильными кулоновскими [или электростатическими] взаимодействиями», — сказал Ху в интервью Live Science. Атомы или молекулы могут приобретать положительный или отрицательный электрический заряд, когда они приобретают или теряют электроны. Этот процесс называется ионизацией. Плазма составляет солнце и звезды, и это наиболее распространенное состояние материи во Вселенной в целом.

(Кстати, плазма крови — это нечто совершенно другое. Это жидкая часть крови. Она на 92 процента состоит из воды и составляет 55 процентов объема крови, по данным Американского Красного Креста.)

Заряженные частицы

Типичный газ, такой как азот или сероводород, состоит из молекул, имеющих нулевой суммарный заряд, что дает всему объему газа нулевой суммарный заряд. Плазма, состоящая из заряженных частиц, может иметь нулевой суммарный заряд по всему объему, но не на уровне отдельных частиц. Это означает, что электростатические силы между частицами в плазме становятся значительными, а также влияние магнитных полей.

Будучи состоящей из заряженных частиц, плазма может делать то, чего не могут газы, например проводить электричество. А поскольку движущиеся заряды создают магнитные поля, они могут быть и у плазмы.

В обычном газе все частицы ведут себя примерно одинаково. Итак, если вы поместите газ в контейнер и дайте ему остыть до комнатной температуры, все молекулы внутри будут в среднем двигаться с одинаковой скоростью, и если вы измерите скорость множества отдельных частиц, вы получите кривая распределения, при этом многие из них движутся вблизи среднего значения и лишь немногие особенно медленно или быстро. Это потому, что в газе молекулы, как бильярдные шары, ударяются друг о друга и передают энергию между собой.

Этого не происходит в плазме, особенно в электрическом или магнитном поле. Например, магнитное поле может создать популяцию очень быстрых частиц. Большинство плазмы недостаточно плотны, чтобы частицы могли очень часто сталкиваться друг с другом, поэтому магнитное и электростатическое взаимодействия становятся более важными.

Говоря об электростатических взаимодействиях, поскольку частицы в плазме — электроны и ионы — могут взаимодействовать посредством электричества и магнетизма, они могут делать это на гораздо больших расстояниях, чем обычный газ. Это, в свою очередь, означает, что волны становятся более важными при обсуждении того, что происходит в плазме. Одна из таких волн называется волной Альфвена в честь шведского физика и лауреата Нобелевской премии Ханнеса Альфвена. Альфвеновская волна возникает, когда магнитное поле в плазме возмущается, создавая волну, которая распространяется вдоль силовых линий. В обычных газах нет реального аналога этому. Возможно, альфвеновские волны являются причиной того, что температура солнечной короны — тоже плазмы — составляет миллионы градусов, а на поверхности — всего тысячи.

Еще одной характеристикой плазмы является то, что она может удерживаться на месте магнитными полями. Большинство исследований в области термоядерной энергетики сосредоточено именно на этом. Чтобы создать условия для синтеза, нужна очень горячая плазма — миллионы градусов. Поскольку ни один материал не может его содержать, ученые и инженеры обратились к магнитным полям, чтобы сделать эту работу.

Новое запатентованное устройство может использовать нагретый ионизированный воздух для остановки ударных волн, возникающих при взрывах. (Изображение предоставлено: Kheng Guan Toh / Shutterstock.com)

Плазма в действии

Одно место, где вы можете увидеть плазму в действии, это флуоресцентная лампочка или неоновая вывеска. В этих случаях газ (неон для вывесок) подвергается воздействию высокого напряжения, и электроны либо отделяются от атомов газа, либо выталкиваются на более высокие энергетические уровни. Газ внутри колбы становится проводящей плазмой. Возбужденные электроны, которые возвращаются на свои прежние энергетические уровни, испускают фотоны — свет, который мы видим в неоновой вывеске или люминесцентной лампе.

Плазменные телевизоры работают так же. Газ — обычно аргон, неон или ксенон — впрыскивается в герметичный зазор между двумя стеклянными панелями. Через газ проходит электрический ток, который заставляет его светиться. По данным eBay, плазма возбуждает красный, зеленый и синий люминофоры, которые в совокупности дают определенные цвета.

[На нашем родственном сайте, TopTenReviews, также обсуждается принцип работы плазменных телевизоров . ]

Еще одно применение плазмы — плазменные шары, наполненные смесями инертных газов, которые производят цвета «молнии». внутри них, когда электрический ток ионизирует газ.

Другим примером плазмы являются полярные сияния, окружающие полюса, когда солнце особенно активно. Солнечный ветер представляет собой поток заряженных частиц (в основном протонов), которые попадают в магнитное поле Земли. Эти заряженные частицы следуют за линиями магнитного поля и движутся к полюсам, где они сталкиваются и возбуждают атомы в воздухе, в основном кислород и азот. Подобно неоновой вывеске, возбужденные атомы кислорода и азота испускают свет.

Следите за LiveScience в Твиттере @livescience . Мы также на Facebook и Google+ .

Дополнительные ресурсы

• MIT: Введение в физику плазмы
• IPPEX: Интернет-опыт обучения физике плазмы
• Plasmas.org: Перспективы плазмы

Будьте в курсе последних научных новостей, подписавшись на нашу рассылку Essentials.

Свяжитесь со мной, чтобы сообщить о новостях и предложениях от других брендов Future. Получайте от нас электронные письма от имени наших надежных партнеров или спонсоров.

Джесси Эмспак — автор статей для Live Science, Space.com и Toms Guide. Он занимается физикой, здоровьем человека и общей наукой. Джесси имеет степень магистра искусств Калифорнийского университета, Школы журналистики Беркли и степень бакалавра искусств Университета Рочестера. Джесси провел годы, освещая финансы, и набился зубами в местных газетах, работая с местными политиками и полицией. Джесси любит вести активный образ жизни и имеет черный пояс третьей степени по каратэ, что означает, что теперь он знает, как многому ему еще предстоит научиться.

1. 1

   Редкая и смертоносная кобра-альбинос заползает в дом во время сильного ливня

2. 2

   В атмосфере Земли обнаружены загадочные сверхнизкочастотные шумы, и ученые не могут их объяснить

   9 0006

3. 3

   Тайна «невозможной» древнеегипетской статуи может быть раскрыта

4. 4

   2300-летние ножницы и «сложенный» меч обнаружены в кельтской кремационной гробнице в Германии

5. 5

   Значительное явление Эль-Ниньо в этом году почти гарантировано, предупреждают эксперты.