Физика во плазма. Основи на физиката на плазма

Времето кога плазмата била поврзана со нешто нереално, неразбирливо, фантастично, одамна поминало. Денес овој концепт активно се користи. Плазма се користи во индустријата. Повеќето големи употреба во опрема за осветлување. Еден пример е лампи со гас што ги осветлуваат улиците. Но, во флуоресцентни светилки таа е присутна. Исто така е и во електрично заварување. Впрочем, лакот на заварување е плазма генерирана од плазматрон. Постојат многу други примери.

Физиката во плазмата е важна гранка на науката. Затоа, неопходно е да се разберат основните концепти поврзани со него. Нашата статија е посветена на ова.

Дефиниција и видови на плазма

Што е плазма? Дефиницијата во физиката е сосема јасна. Плазмата се однесува на состојбата на материјата кога во вторите постои значителен (пропорционален со вкупниот број на честички) број на наелектризирани честички (носители) способни да се движат повеќе или помалку слободно во супстанцијата. Може да се издвојат следниве главни видови на плазма во физиката. Ако носителите припаѓаат на честички од еден вид (и честичките од спротивниот знак за полнење што го неутрализираат системот немаат слобода на движење), тоа се нарекува еднокомпонентна. Во спротивен случај, тоа е - две или повеќе компоненти.

Карактеристики на плазма

Значи, накратко го опишавме поимот плазма. Физиката е точна наука, па не можете без дефиниции. Да ги опишеме главните карактеристики на оваа состојба на материјата.

Карактеристиките на плазмата во физиката се следните. Прво, во оваа состојба, под дејство на веќе малите електромагнетни сили, постои движење на носители - струја која тече на овој начин и додека овие сили не исчезнат преку скрининг на нивните извори. Затоа, плазмата на крајот се претвора во состојба кога е квазинеутрална. Со други зборови, нејзините количини, големи со микроскопска големина, имаат нула полнеж. Втората карактеристика на плазмата е поврзана со долгорочната природа на силите Кулон и Ампер. Се состои во фактот дека движењата во оваа состојба, по правило, се од колективна природа, вклучувајќи голем број на наелектризирани честички. Ова се основните својства на плазмата во физиката. Би било корисно да се сетите на нив.

И двете од овие карактеристики доведуваат до фактот дека физиката во плазмата е невообичаено богата и разновидна. Неговата најсјајна манифестација е леснотијата со која се јавуваат различни видови на нестабилност. Тие се сериозна пречка што ја отежнува практичната примена на плазмата. Физиката е наука која постојано се развива. Затоа, можеме да се надеваме дека со текот на времето овие пречки ќе бидат елиминирани.

Плазма во течности

Осврнувајќи се на конкретни примери на структури, започнуваме со разгледување на плазма потсистеми во кондензирана материја. Меѓу течностите, течни метали треба прво да се именуваат - пример за кого плазма потсистемот одговара - еднакомпонентна носечка електронска плазма. Строго кажано, во категоријата на интерес треба да вклучиме течни електролити, во кои има носители - јони на двата знака. Сепак, поради различни причини, електролитите не се сметаат за во оваа категорија. Еден од нив е дека во електролит нема светлина, мобилни носители, како што се електроните. Затоа, горенаведените својства на плазмата се многу помалку изразени.

Плазма во кристали

Плазма во кристали има посебно име - плазма со цврста состојба. Во јонски кристали, иако постојат обвиненија, но тие се неподвижни. Затоа, таму не постои плазма. Во метали, сепак, ова се електрони на спроводливост кои сочинуваат еднокомпонентна плазма. Неговата задолжен е компензирана со полнење на неподвижни јони (попрецизно кажано, неспособно да се префрли на долги растојанија).

Плазма во полупроводници

Со оглед на основите на физиката во плазмата, мора да се забележи дека во полупроводници ситуацијата е поразновидна. Накратко опишете го. Еднокомпонентна плазма во овие супстанции може да се појави ако се воведат соодветни нечистотии во нив. Доколку нечистотијата лесно ги ослободи електроните (донаторите), тогаш се појавуваат носители на n-тип-електрони. Ако нечистотиите, од друга страна, лесно избираат електрони (акцептори), тогаш се појавуваат носачи на p-тип - дупки (празни места во распределбата на електрони) кои се однесуваат како честички со позитивен полнеж. Двокомпонентна плазма, формирана од електрони и дупки, се појавува во полупроводници на уште поедноставен начин. На пример, се појавува под дејство на пумпање на светлина, кое испраќа електрони од валентниот бенд до групата на спроводливост. Забележуваме дека под одредени услови, електроните и дупките што се привлекуваат еден кон друг може да формираат врзана состојба, слична на атомот на водородот, екситон, и ако пумпата е интензивна и густината на екситони е голема, тие се спојуваат заедно и формираат капка електронска дупка. Понекогаш оваа држава се смета за нова состојба на материјата.

Ионизација на гас

Овие примери се однесуваат на специјални случаи на состојбата во плазмата, а плазмата во чистата форма се нарекува јонизиран гас. Многу фактори можат да доведат до нејзино јонизирање: електричното поле (гасен отвор, грмотевици), светлосен тек (фотоонизација), брзи честички (зрачење на радиоактивни извори, космички зраци, кои биле откриени при зголемени степени на јонизација со надморска височина). Сепак, главен фактор е загревањето на гасот (термичка јонизација). Во овој случај, до одвојувањето на електронот од атомот, другиот честички на гасот, кој има доволно кинетичка енергија поради високата температура, се суди со вториот.

Висока температура и ниска температура плазма

Физиката на ниска температура плазма е она со што доаѓаме во контакт со речиси секој ден. Примери за таква состојба можат да послужат како пламен, супстанца во испуштање на гас и молња, разни видови на ладна космичка плазма (јоносфера и магнетосфера на планети и ѕвезди), работна супстанца во различни технички уреди (МХД генератори, плазма мотори, горилници итн.) . Примери за висока температура плазма се работи за ѕвезди во сите фази на нивната еволуција, освен за раното детство и старост, работната супстанција во инсталациите за контролирана термонуклеарна фузија (токамаци, ласерски уреди, уреди за зрачење итн.).

Четвртата состојба на материјата

Пред еден век и половина, многу физичари и хемичари верувале дека материјата се состои само од молекули и атоми. Тие се комбинирани во комбинација или целосно неуредна или повеќе или помалку нарачана. Се веруваше дека постојат три фази - гасовити, течни и цврсти. Супстанциите ги земаат под влијание на надворешни услови.

Меѓутоа, во сегашно време може да се каже дека постојат 4 состојби на материјата. Тоа е плазмата што може да се смета за нова, четврта. Неговата разлика од кондензираните (цврсти и течни) состојби е дека, како гас, не само што има стрижест еластичност, туку и фиксен внатрешен волумен. Од друга страна, плазмата е поврзана со кондензираната состојба со присуство на краток дострел, односно корелација на позициите и составот на честичките во непосредна близина на дадениот плазматски полнеж. Во овој случај, таквата корелација не е генерирана од меѓумолекуларните сили, туку од Кулоновите сили: ова обвинение ги отфрла обвиненијата со исто име со него и ги привлекува спротивните обвиненија.

Накратко беше разгледана физиката на плазмата. Оваа тема е доста обемна, така што само можеме да кажеме дека ги откривме нејзините темели. Физиката во плазмата сигурно заслужува понатамошно разгледување.