Plasma (stare agregată). Creat artificial și plasma naturală

Aceeași substanță în natură are capacitatea de a-și modifica în mod radical proprietățile în funcție de temperatură și presiune. Un exemplu excelent este apa care există sub formă de gheață solidă, lichid și abur. Acestea sunt trei stări agregate ale unei substanțe date având formula chimică H₂

Structura moleculară

Care sunt cele patru stări ale materiei în care depinde materia? Din interacțiunea dintre elementele atomului și moleculele înseși, înzestrate cu proprietățile repulsiei și atracției reciproce. Aceste forțe se auto-compensează într-o stare solidă, unde atomii sunt aranjați corect din punct de vedere geometric, formând o latură de cristal. În acest caz, obiectul material este capabil să păstreze atât caracteristicile calitative menționate mai sus: volumul și forma.

Dar dacă energia cinetică a moleculelor este de a crește, în mișcare haotic, ele distrug ordinea stabilită, transformându-se în lichide. Ele au fluiditate și sunt caracterizate de o lipsă de parametri geometrici. Dar această substanță își păstrează capacitatea de a nu schimba volumul total. În starea gazoasă, nu există nici o atracție reciprocă între molecule, prin urmare, gazul nu are nicio formă și are posibilitatea unei expansiuni nelimitate. Dar concentrarea materiei în acest caz scade semnificativ. Moleculele în sine nu se schimbă în condiții normale. Aceasta este principala caracteristică a primelor 3 din cele 4 stări ale materiei.

Transformarea statelor

Procesul de transformare a corpului solid în alte forme este posibil să se realizeze, crescând treptat temperatura și variind indicatorii de presiune. În acest caz, tranzițiile vor avea loc în etape: distanța dintre moleculele vor crește legăturile intermoleculare semnificativ, distruse cu modificarea densității, entropia, cantitatea de energie liberă. Este, de asemenea, posibilă transformarea unui corp solid într-o formă gazoasă, ocolind etapele intermediare. Se numește sublimare. Un astfel de proces este foarte posibil în condiții obișnuite terestre.

Dar când valorile de temperatură și presiune ating un nivel critic, gaz ionizat. Energia internă a substanței este atât de mare încât electronii, care se mișcă cu viteză mare, își părăsește orbitele intra-atomice. În acest caz, se formează particule pozitive și negative, dar densitatea lor în structura rezultată rămâne aproape aceeași. Astfel, apare o plasmă - starea agregată a unei substanțe care este, de fapt, un gaz complet sau parțial ionizat, ale cărui elemente sunt înzestrate cu capacitatea de a interacționa la distanțe mari.

Plasma cosmică la temperatură înaltă

Plasma, de regulă, este o substanță neutră, deși constă în particule încărcate, deoarece elementele pozitive și negative din ea, fiind aproximativ egale în număr, se compensează reciproc. Această stare agregată în condiții terestre obișnuite are loc mai puțin frecvent decât cele menționate anterior. Dar, în ciuda acestui fapt, majoritatea corpurilor cosmice constau din plasmă naturală.

Un exemplu în acest sens este Soarele și alte numeroase stele ale Universului. Temperaturile sunt fantastice. La urma urmei, pe suprafața luminării principale a sistemului nostru planetar, ele ajung la 5500 ° C. Aceasta este de peste cincizeci de ori mai mare decât parametrii necesari pentru fierberea apei. În centrul sferei de respirație, temperatura este de 15.000.000 ° C. Nu este surprinzător faptul că gazele (în principal hidrogenul) sunt ionizate acolo, ajungând la o stare agregată a plasmei.

Plasma cu temperatură scăzută în natură

Mediul interstelar care umple spațiul galactic constă, de asemenea, din plasmă. Dar diferă de versiunea sa la temperaturi ridicate, descrisă mai devreme. O astfel de substanță constă dintr-o substanță ionizată care rezultă din radiația emisă de stele. Aceasta este o plasmă cu temperatură scăzută. În același mod, razele soarelui, ajungând la limitele Pământului, creează o ionosferă și o centură de radiație situată deasupra lui, constând dintr-o plasmă. Diferențe numai în ceea ce privește compoziția substanței. Deși într-o stare similară se găsesc toate elementele prezentate în tabelul periodic.

Plasma în laborator și aplicarea acesteia

Conform legilor fizica, plasma ușor de obținut în condițiile obișnuite pentru noi. La efectuarea experimentelor de laborator, un condensator, o diodă și o rezistență conectate în serie sunt suficiente. Un circuit similar este conectat la sursa de curent pentru o secundă. În cazul în care firele de atingere la suprafața metalică, particulele proprii, și, de asemenea, poziționat lângă molecula vapori și aer sunt ionizate și starea de plasmă în total. Proprietăți similare ale materiei sunt folosite în crearea de xenon și neon lămpi, plasmă ecrane și mașini de sudat.

Plasma și fenomenele naturale

În condiții naturale, plasma poate fi văzut în lumina Luminile Nordului, și în timpul unei furtuni în formă de fulger globular. O explicație a unor fenomene naturale, atribuite anterior proprietăților mistice, a fost acum dată de fizica modernă. Plasma este formată și iluminată, la sfârșitul obiectelor înalte și ascuțite (stâlpi, turnuri, copaci uriașe), cu o stare specială a atmosferei, luată de marinari cu secole în urmă, pentru un mesager de noroc. De aceea, acest fenomen a fost numit "Lumina Sfântului Elm".

Văzând descărcarea corona sub formă de perii strălucitori sau fasciculelor în timpul unei furtuni în furtună, a fost nevoie de călători pentru un semn bun, știind că, pentru a evita pericolul. Nu este de mirare, din moment ce se ridica deasupra obiectelor de apă, potrivite pentru „semnele sfinte“ ar putea fi spus despre abordarea navei la țărm sau să profețească o întâlnire cu alte nave.

Plasma dezechilibru

Exemplele de mai sus sunt dovezi elocvente că nu este necesar să se încălzească substanța la temperaturi fantastice pentru a se obține starea plasmei. Pentru ionizare, este suficient să se folosească forța câmpului electromagnetic. În acest caz, elementele constitutive grele ale materiei (ionilor) nu obțin o energie semnificativă, deoarece temperatura în timpul procesului acestui proces nu poate depăși câteva zeci de grade Celsius. În aceste condiții, electronii lumina, detașați de atomul principal, se mișcă mult mai repede decât particule mai inerte.

O astfel de plasmă rece se numește neechilibru. În plus față de televizoarele cu plasmă și lămpile cu neon, este folosit și pentru purificarea apei și a alimentelor, utilizat pentru dezinfecția medicală. În plus, plasma rece poate promova accelerarea reacțiilor chimice.

Principii de utilizare

Un exemplu excelent de utilizare a plasmei create în mod artificial în beneficiul omenirii este fabricarea monitoarelor cu plasmă. Celulele unui astfel de ecran sunt înzestrate cu capacitatea de a emite lumină. Panoul este un fel de "sandwich" din foi de sticlă, situate strâns una de cealaltă. Între ele se află cutii cu un amestec de gaze inerte. Ele pot fi neon, xenon, argon. Și pe suprafața interioară a celulelor se aplică fosforuri de albastru, verde, roșu.

În afara celulelor sunt aduse electrozi conducători de curent, între care se formează tensiune. Ca rezultat, apare un câmp electric și, ca o consecință, moleculele de gaz sunt ionizate. Plasma rezultată emite raze ultraviolete absorbite de fosfor. Având în vedere acest lucru, fenomenul de fluorescență apare prin fotonii emise. Datorită combinației complexe de raze în spațiu, apare o imagine vie a unei mari varietăți de nuanțe.

Orori de plasmă

O față mortală ia această formă de materie în timpul unei explozii nucleare. Plasma în volume mari se formează pe parcursul acestui proces necontrolat, cu eliberarea unui număr imens de tipuri diferite de energie. Valul de căldură care a apărut ca urmare a declanșării detonatorului explodează în exterior și încălzește aerul înconjurător în primele secunde la temperaturi gigantice. În acest moment, apare o minge de foc mortală, care crește într-un ritm impresionant. Regiunea vizibilă a sferei luminoase crește datorită aerului ionizat. Clățele, cârligele și jeturile din plasma de explozie formează un val de șoc.

La început, sfera strălucitoare, avansând, absoarbe imediat totul în calea sa. În praf nu se transformă numai oasele și țesuturile umane, ci și rocile grele, chiar și cele mai durabile structuri și obiecte artificiale sunt distruse. Nu salvați ușile blindate în adăposturi sigure, tancuri de aplatizare și alte echipamente militare.

Plasma, prin proprietățile sale, seamănă cu un gaz prin faptul că nu posedă anumite forme și volum și, prin urmare, este capabil de expansiune nelimitată. Din acest motiv, mulți fizicieni sunt de părere că nu ar trebui să fie considerat un stat agregat separat. Cu toate acestea, există diferențe semnificative de la gazul cald simplu. Acestea includ: capacitatea de a efectua curenți electrici și susceptibilitatea la influența câmpurilor magnetice, instabilitatea și capacitatea de particule compozite au diferite viteze de funcționare și temperaturile, în timp ce interacționează în mod colectiv.