Плазма (агрегатно състояние). Изкуствено създадена и естествена плазма

Същото вещество в природата има способността да променя своите свойства радикално в зависимост от температурата и налягането. Отличен пример за това е водата, която съществува под формата на твърд лед, течност и пара. Това са три агрегирани състояния на дадено вещество с химична формула Н₂

Молекулярна структура

Какви са четирите състояния на материята, в които зависи материята? От взаимодействието на елементите на атома и самите молекули, надарени със свойствата на взаимно отблъскване и привличане. Тези сили се компенсират самостоятелно в твърдо състояние, където атомите са подредени правилно геометрично, образувайки кристална решетка. В този случай материалният обект е в състояние да запази и двете качествени характеристики, споменати по-горе: обем и форма.

Но ако кинетичната енергия на молекулите се увеличи, хаотично се движат, те унищожават установения ред, превръщайки се в течности. Имат течливост и се характеризират с липса на геометрични параметри. Но това вещество запазва способността си да не променя общия обем. В газообразното състояние между молекулите няма взаимна привлекателност, поради което газът няма форма и има възможност за неограничено разширяване. Но концентрацията на материята в този случай значително намалява. Самите молекули не се променят при нормални условия. Това е основната характеристика на първите 3 от 4-те състояния на материята.

Трансформация на държавите

Процесът на трансформация на твърдото тяло в други форми е възможно да се осъществи, постепенно повишаване на температурата и променяне на индикаторите за налягане. В този случай преходите ще настъпят спазмично: разстоянието между молекулите ще се увеличи значително, междумолекулните връзки ще се сринат с промените в плътността, ентропията и количеството свободна енергия. Възможно е също да се трансформира твърдо тяло в газообразна форма, заобикаляйки междинните етапи. Нарича се сублимация. Подобен процес е напълно възможно при обикновени земни условия.

Но когато стойностите на температурата и налягането достигнат критично ниво, йонизиран газ. Вътрешната енергия на веществото е толкова увеличена, че електроните, движещи се с бърза скорост, оставят своите вътреатомни орбити. В този случай се образуват положителни и отрицателни частици, но тяхната плътност в получената структура остава почти същата. По този начин възниква плазма - агрегатното състояние на вещество, което всъщност е напълно или частично йонизирано, чиито елементи са снабдени с способността да взаимодействат на големи разстояния.

Космическа плазма с висока температура

Плазмата като правило е неутрално вещество, въпреки че се състои от заредени частици, защото положителните и отрицателните елементи в него, приблизително еднакви по брой, се компенсират един друг. Това агрегатно състояние при обикновени земни условия се среща по-рядко от другите споменати по-рано. Но въпреки това повечето космически тела се състоят от естествена плазма.

Пример за това е Слънцето и други многобройни звезди на Вселената. Там температурите са фантастично високи. В края на краищата, на повърхността на основното осветление на нашата планетарна система, те достигат 5500 ° С. Това е повече от петдесет пъти по-голямо от параметрите, които са необходими за врязване на водата. В центъра на пожаро-дишащата сфера температурата е 15 000 000 ° С. Не е изненадващо, че газове (предимно водород) се йонизират там, достигайки агрегатно състояние на плазмата.

Нискотемпературна плазма в природата

Междузвездната среда, която запълва галактическото пространство, също се състои от плазма. Но тя се различава от версията си за висока температура, описана по-горе. Такова вещество се състои от йонизирано вещество, произтичащо от радиацията, излъчвана от звездите. Това е нискотемпературна плазма. По същия начин лъчите на слънцето, достигащи до границите на Земята, създават йоносфера и излъчван отгоре радиационен пояс, състоящ се от плазма. Разлики само в състава на веществото. Въпреки че в подобно състояние могат да се намерят всички елементи, представени в периодичната таблица.

Плазма в лабораторията и нейното приложение

Според законите физика, плазма лесно се получават при обичайните за нас условия. При провеждане на лабораторни експерименти достатъчен кондензатор, диод и съпротивление, свързани последователно. Подобна схема е свързана с източник на ток за секунда. И ако докосвате проводниците на метална повърхност, тогава частиците от нея, както и парите и въздуха, разположени в близост до молекулата, са йонизирани и се появяват в агрегатното състояние на плазмата. Подобни свойства на материята се използват при създаването на ксенон и неон лампи, плазма екрани и заваръчни машини.

Плазма и природни феномени

При естествени условия плазмата може да се разглежда в светлината на Северно сияние, и по време на буря във формата на кълбовидна мълния. Обяснение на някои природни явления, които преди това са били приписвани мистични свойства, сега даде съвременната физика. Плазмата се формира и осветен в края на високи и остри предмети (мачти, кули, огромни дървета) със специална състояние на атмосферата, взето от моряците преди векове, за пратеник на добър час. Ето защо това явление беше наречено "Светлините на Свети Елм".

Виждайки коронен разряд под формата на светещи четки или връзки по време на буря в бурята, пътниците са били нужни за добра поличба, знаейки, че за да се избегне опасността. Това не е изненадващо, тъй като се издига над водните обекти, подходящи за "свещени знаци" може да се каже на подхода на кораба до брега или да пророкуват на среща с други кораби.

Неравняваща плазма

Горните примери са красноречиво доказателство, че не е необходимо веществото да се затопля до фантастични температури, за да се постигне състояние на плазмата. За йонизацията е достатъчно да се използва силата на електромагнитното поле. В този случай тежките съставни елементи на материята (йоните) не получават значителна енергия, защото температурата по време на процеса не може да надвишава няколко десетки градуса по Целзий. При тези условия леките електрони, отделени от основния атом, се движат много по-бързо от по-инертните частици.

Такава студена плазма се нарича неравновесие. В допълнение към плазмените телевизори и неоновите лампи, той се използва и за пречистване на вода и храни, използвани за медицинска дезинфекция. В допълнение, студената плазма може да стимулира ускоряването на химическите реакции.

Принципи на употреба

Отличен пример за това как изкуствено създадената плазма се използва в полза на човечеството е производството на плазмени монитори. Клетките на такъв екран са надарени с способността да излъчват светлина. Панелът е вид "сандвич", изработен от стъклени плоскости, които са тясно разположени една на друга. Между тях се поставят кутии със смес от инертни газове. Те могат да бъдат неонови, ксенон, аргон. И на вътрешната повърхност на клетките, се прилагат фосфор от синьо, зелено, червено.

Извън клетките се поставят токопроводими електроди, между които се създава напрежение. В резултат на това се появява електрическо поле и вследствие на това газовите молекули се йонизират. Получената плазма излъчва ултравиолетови лъчи, абсорбирани от фосфор. С оглед на това феноменът на флуоресценцията възниква чрез излъчените фотони. Поради сложната комбинация от лъчи в космоса се появява ярък образ на голямо разнообразие от нюанси.

Плазмени ужаси

Смъртоносно лице приема тази форма на материя по време на ядрена експлозия. Плазмата в големи обеми се формира по време на този неконтролиран процес с освобождаването на огромен брой различни видове енергия. Топлинната вълна, която възниква в резултат на задействането на детонатора, изтича навън и загрява околния въздух през първите секунди до гигантски температури. На този етап се появява смъртоносна огнена топка, която нараства с впечатляваща скорост. Видимият участък на ярката сфера се увеличава благодарение на йонизирания въздух. Съсирванията, клубовете и струите на експлозивната плазма формират ударна вълна.

Отначало светещата сфера напредва и мигновено абсорбира всичко по пътя си. В праха се трансформират не само костите и човешките тъкани, но и твърдите скали, дори и най-трайните изкуствени структури и предмети са унищожени. Не спасявайте блиндираните врати в безопасни убежища, сплескващи резервоари и друго военно оборудване.

Плазмата, с нейните свойства, прилича на газ, тъй като не притежава определени форми и обем и в резултат на това е способен на неограничено разширяване. Поради тази причина много физици са на мнение, че не трябва да се разглежда като отделна съвкупност. Съществуват обаче значителни разлики от обикновения горещ газ. Те включват: способността да се извършват електрически токове и чувствителността към влиянието на магнитните полета, нестабилността и способността на композитните частици да имат различни темпове на температури и температури, като взаимодействат колективно един с друг.