Statsforhold: Plasma

{h1}

Plasma er en tilstand af materiel, der ligner gas, men atompartiklerne er opladet snarere end neutrale.

Plasma er en tilstand af materie, der ofte betragtes som en delmængde af gasser, men de to stater opfører sig meget anderledes. Som gasser har plasmaer ingen fast form eller volumen og er mindre tætte end faste stoffer eller væsker. Men i modsætning til almindelige gasser består plasmaer af atomer, hvor nogle eller alle elektronerne er blevet fjernet og positivt ladede kerner, kaldet ioner, vandre frit.

"En gas er lavet af neutrale molekyler og atomer," sagde Xuedong Hu, en professor i fysik ved universitetet i Buffalo. Det vil sige, at antallet af negativt ladede elektroner er lig med antallet af positivt ladede protoner.

"Plasma er en ladet gas, med stærke Coulomb [eller elektrostatiske] interaktioner," sagde Hu til WordsSideKick.com. Atomer eller molekyler kan erhverve en positiv eller negativ elektrisk ladning, når de får eller taber elektroner. Denne proces kaldes ionisering. Plasma udgør sol og stjerner, og det er den mest almindelige tilstand af materie i universet som helhed.

(Blodplasma er forresten noget helt andet, det er den flydende del af blod. Det er 92 procent vand og udgør 55 procent af blodvolumenet ifølge det amerikanske Røde Kors.)

Ladede partikler

En typisk gas, såsom nitrogen eller hydrogensulfid, er fremstillet af molekyler, der har en nettoladning på nul, hvilket giver gasvolumenet som helhed en nettoladning på nul. Plasmaer, der er fremstillet af ladede partikler, kan have en nettoladning på nul over hele deres volumen, men ikke på niveauet af individuelle partikler. Det betyder, at de elektrostatiske kræfter mellem partiklerne i plasmaet bliver signifikante såvel som virkningen af ​​magnetiske felter.

At være lavet af ladede partikler, kan plasmaer gøre ting, som gasser ikke kan, som at lede elektricitet. Og da flytteafgifter gør magnetiske felter, kan plasmaer også have dem.

I en almindelig gas opfører sig alle partikler på samme måde. Så hvis du har gas i en beholder og lad den afkøle til stuetemperatur, vil alle molekyler inde i gennemsnit bevæge sig i samme hastighed, og hvis du skulle måle hastigheden på mange individuelle partikler, ville du få en distributionskurve med mange af dem flytter nær gennemsnittet og kun få, enten særligt langsomt eller hurtigt. Det skyldes i en gas, at molekylerne, som billardkugler, rammer hinanden og overfører energi mellem dem.

Det sker ikke i et plasma, især i et elektrisk eller magnetisk felt. Et magnetfelt kan for eksempel skabe en population af meget hurtige partikler. De fleste plasmaer er ikke tætte nok til at partikler kolliderer med hinanden meget ofte, så de magnetiske og elektrostatiske interaktioner bliver vigtigere.

Taler om elektrostatiske interaktioner, fordi partikler i et plasma - elektroner og ioner - kan interagere via elektricitet og magnetisme, kan de gøre det på langt større afstande end en almindelig gas. Det betyder igen, at bølger bliver vigtigere, når man diskuterer, hvad der foregår i et plasma. En sådan bølge kaldes en Alfvénbølge, der er opkaldt til svensk fysiker og nobelpristageren Hannes Alfvén. En Alfvén-bølge sker, når magnetfeltet i et plasma forstyrres, hvilket skaber en bølge, der bevæger sig langs feltlinierne. Der er ingen reel analog til dette i almindelige gasser. Det er muligt, at Alfvén-bølger er årsagen til, at solcoronaens temperatur - også et plasma - er millioner af grader, mens det på overfladen kun er tusindvis.

Et andet kendetegn ved plasmaer er, at de kan holdes på plads af magnetiske felter. Den meste fusionskraftforskning er fokuseret på at gøre netop det. For at skabe betingelser for fusion har man brug for meget varmt plasma - på millioner af grader. Da ingen materialer kan indeholde det, har forskere og ingeniører henvendt sig til magnetfelter til at udføre jobbet.

En nyoprettet enhed kunne bruge opvarmet ioniseret luft til at stoppe stødbølger forårsaget af eksplosioner.

En nyoprettet enhed kunne bruge opvarmet ioniseret luft til at stoppe stødbølger forårsaget af eksplosioner.

Kredit: Kheng Guan Toh / Shutterstock.com

Plasma i aktion

Et sted du kan se plasmaer i aktion er i en fluorescerende pære eller neonskilt. I disse tilfælde udsættes en gas (neon for tegn) for højspænding, og elektronerne adskilles enten fra atomer af gassen eller skubbes ind i højere energiniveauer. Gassen inde i pæren bliver et ledende plasma. De spændte elektroner, der falder tilbage til deres tidligere energiniveauer, udsender fotoner - det lys vi ser i et neonskilt eller fluorescerende lampe.

Plasma-tv'er fungerer på samme måde. En gas - normalt argon, neon eller xenon - injiceres i et forseglet mellemrum mellem to glasplader. En elektrisk strøm passerer gennem gassen, hvilket får det til at gløde. Plasmaet spænder rødt, grønt og blåt fosfor, som kombinerer for at aflevere specifikke farver, ifølge eBay.

[Vores søsters websted, TopTenReviews, diskuterer også hvordan plasma-tv'er fungerer.]

En anden anvendelse til plasma er i plasma glober, der er fulde af ædelgasblandinger, der producerer farverne i "lynet" inde i dem, når en elektrisk strøm ioniserer gassen.

Et andet eksempel på plasma er i aurorerne, der omgiver polerne, når solen er særligt aktiv. Solvinden er en strøm af ladede partikler (for det meste protoner), som ramte jordens magnetfelt. De partikler, der bliver opladet, følger magnetfeltlinjer og bevæger sig mod polerne, hvor de kolliderer med og exciterer atomer i luften, for det meste ilt og nitrogen. Som et neonskilt afgiver de ophidsede ilt- og nitrogenatomer lys.

Følg WordsSideKick.com på Twitter @wordssidekick. Vi er også på Facebook & Google+.

Yderligere ressourcer

  • MIT: Introduktion til plasmafysik
  • IPPEX: Internet Plasma Physics Education Experience
  • Plasmas.org: Perspektiver på plasmaer


Video Supplement: .




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com