Плазма - четвертий стан речовини

Агрегатні стани речовини.

Агрегатні Стану речовини, стану одного і того ж речовини, переходи між якими супроводжуються стрибкоподібним зміною його вільної енергії, ентропії, густини і інших фізичних властивостей. Усе
речовини (за деяким винятком) можуть існувати в трьох агрегатних станах - твердому, рідкому і газоподібному. Так, вода при нормальному тиску p = 10l 325 Па = 760 мм ртутного стовпа і при температурі t = 00 С. кристалізується в лід, а при 100 ° С кипить і перетворюється на пару. Четвертим агрегатним станом речовини часто вважають плазму. На відміну від інших агрегатних станів речовини плазма є газ заряджених частинок (іонів, електронів), які електрично взаємодіють один з одним на великих відстанях.

ПЛАЗМА - частково або повністю іонізований газ, в якому густини позитивних і негативних зарядів практично однакові. У лабораторних умовах плазма утворюється в електричному розряді в газі, в процесах горіння і вибуху. Термін "плазма" у фізиці був введений в 1929 американськими вченими І.Ленгмюром і Л.Тонксом. Речовину, розігріту до температури в сотні тисяч і мільйони градусів, вже не може складатися зі звичайних нейтральних атомів. При таких високих температурах атоми стикаються один з одним з такою силою, що не можуть зберегтися в цілісності. При ударі атоми поділяються на більш дрібні складові - атомні ядра і електрони. Ці частинки наділені електричними зарядами: електрони - негативним, а ядра - позитивним. Суміш цих частинок, звана плазма являє собою своєрідний стан речовини, яке дуже сильно відрізняється від відносно холодного газу за властивостями. Під плазмою у фізиці розуміють газ, що складається з електрично заряджених і нейтральних частинок, в якому сумарний електричний заряд дорівнює нулю, тобто, виконано умоваквазінейтральності. Середні кінетичні енергії різних типів частинок, складових плазму, можуть бути різними. Тому в загальному випадку плазму характеризують не одним значенням температури, а декількома розрізняють електронну температуру Ті, іонну температуру Тi і температуру нейтральних атомів Та. Плазму з іонною температурою Тi 106 К високотемпературної. Високотемпературна плазма є основним об'єктом дослідження по УТС. Низькотемпературна плазма знаходить застосування в газорозрядних джерелах світла, газових лазерах.

Кілька властивостей плазми.

Ступінь іонізації визначається як відношення числа іонізованих частинок до загальної кількості частинок. Для низькотемпературних плазм характерні малі ступеня іонізації (<1%). Так как такие плазмы довольно часто употребляются в плазменных технологиях их иногда называют технологичными плазмами. Чаще всего их создают при помощи электрических полей, которые ускоряют электроны, которые в свою очередь ионизуют атомы. Электрические поля вводятся в газ посредством индуктивной или емкостной связи. Типичные применения низкотемпературных плазм включают плазменную модификацию свойств поверхности, плазменное травление поверхностей (полупроводниковая промышленность), очистка газов и жидкостей (озонирование воды и сжигание частичек сажи в дизельных двигателях). Горячие плазмы почти всегда полностью ионизованы (степень ионизации

100%). Зазвичай саме вони розуміються під четвертим агрегатним станом речовини. Прикладом може служити Сонце.

Крім температури, яка має фундаментальну важливість для самого існування плазми, другим найбільш важливою властивістю плазми є щільність. Слово щільність плазми зазвичай позначає щільність електронів. тобто число вільних електронів в одиниці об'єму (строго кажучи, тут, щільністю називають концентрацію НЕ масу одиниці об'єму, а число часток в одиниці об'єму). Щільність іонів пов'язана з нею за допомогою середнього зарядового числа іонів. Наступною важливою величиною є щільність нейтральних атомів n 0. У гарячій плазмі n 0 мала, але може проте бути важливою для фізики процесів в плазмі.

Так як плазма є дуже хорошим провідником, електричні властивості мають важливе значення. Потенціалом плазми або потенціалом простору називають середнє значення електричного потенціалу в даній точці простору. У разі якщо в плазму внесено яке-небудь тіло, його потенціал в загальному випадку буде менше потенціалу плазми внаслідок виникнення дебаєвсьного шару. Такий потенціал називають плаваючим потенціалом. Через хорошою електричної провідності плазма прагне екранувати всі електричні поля. Це призводить до явища квазінейтральності щільність негативних зарядів з хорошою точністю дорівнює щільності позитивних зарядів. В силу гарної електричної провідності плазми поділ позитивних і негативних зарядів неможливо на відстанях великих дебаєвської довжини і часи великих періоду плазмових коливань. Прикладом неквазінейтральной плазми є пучок електронів. Однак густину не-нейтральних плазм повинна бути дуже мала, інакше вони швидко розпадуться за рахунок кулонівського відштовхування.

Щоб перевести газ в стан плазми, потрібно відірвати хоча б частину електро