Plazma

Šis straipsnis yra apie plazmos sąvoką fizikoje. Apie skystąją kraujo dalį skaitykite straipsnį Kraujo plazma.

Plazminė lempa

Plazma – iš dalies arba visiškai jonizuotos dujos, kurių teigiamųjų ir neigiamųjų krūvių tankis praktiškai vienodas.Visiškai jonizuotoje plazmoje nėra nei molekulių,nei neutralių atomų,todėl plazmą sudaro teigiami jonai, neigiami jonai ir laisvieji elektronai.Norint , kad plazma išsilaikytų tokiame būvyje ją pastoviai turi veikti elektrinio arba magnetinio lauko jėgos tam , kad elektronai, teigiamieji jonai ir neigiamieji jonai nesaveikautų tarpusavyje.

Kai temperatūra labai žema, artima absoliutiniam nuliui, visos medžiagos yra kietos. Šildomos kietosios medžiagos virsta skystomis, o paskui ir dujomis.

Kai temperatūra gana aukšta susiduriant labai greitai judantiems atomams arba molekulėms, prasideda dujų jonizacija. Atsiranda nauja medžiagos būsena – plazma. Vadinasi, plazma yra elektriškai neutrali sistema. Atsižvelgiant į sąlygas, plazmos jonizacijos laipsnis, t.y. jonizuotų atomų skaičius ir jų viso skaičiaus santykis gali būti skirtingas.

Dujų jonizaciją ir plazmos susidarymą gali sukelti ne tik kaitinimas, bet ir įvairių rūšių spinduliavimas arba dujų atomų bombardavimas greitomis elektringosiomis dalelėmis. Tada gaunama vadinamoji žemos temperatūros plazma.

Plazmos savybės

Plazma turi daugelį specifinių savybių, kurios leidžia ją nagrinėti kaip savitos ketvirtosios būsenos medžiagą.

Plazmos elektringosios dalelės lengvai juda, veikiamos elektrinio ir magnetinio lauko. Dėl to plazmos atskirų sričių elektrinio neutralumo sutrikimas, sukeltas susikaupusių vieno ženklo krūvio dalelių, greitai pranyksta. Susidaręs elektrinis laukas verčia judėti elektringąsias daleles tol, kol atsistato elektrinis neutralumas ir elektrinis laukas pasidaro lygus nuliui.

Skirtingai nuo neutraliųjų dujų, tarp kurių molekulių veikia artisiekės jėgos, tarp elektringųjų plazmos dalelių veikia Kulono jėgos, palyginti lėtai mažėjančios kartu su atstumu. Kiekviena dalelė sąveikauja iš karto su didelių kiekiu aplinkos dalelių. Dėl to šalia betvarkio šiluminio judėjimo plazmos dalelės gali dalyvauti įvairiuose tvarkinguose (bendruose) judėjimuose. Plazmoje lengvai sužadinami įvairios kilmės svyravimai ir bangos.

Plazmos laidumas didėja, didėjant jonizacijos laipsniui. Kai temperatūra aukšta, visiškai jonizuotos plazmos laidumas priartėja prie superlaidininkų laidumo.

Plazma kosmose

Plazma sudaro didelę dalį (apie 99%) Visatos medžiagų. Dėl aukštos temperatūros Saulė ir kitos žvaigždės sudarytos iš visiškai jonizuotos plazmos.

Iš plazmos susideda ir tarpžvaigždinė aplinka, užpildanti erdvę tarp žvaigždžių ir galaktikų. Tarpžvaigždinės aplinkos tankis labai mažas, vidutiniškai mažesnis negu vienas atomas vienam kubiniam centimetrui. Tarpžvaigždinės aplinkos atomų jonizacija vyksta spinduliuojant žvaigždėms ir kosminiams spinduliams – greitų dalelių srautams, perveriantiems Visatos erdvę visomis kryptimis. Skirtingai nuo žvaigždžių karštos plazmos, tarpžvaigždinės plazmos temperatūra yra labai maža.

Plazma supa mūsų planetą. Atmosferos viršutinis sluoksnis 100–300 km aukštyje yra jonizuotos dujos – jonosfera. Atmosferos viršutinių sluoksnių oro jonizaciją sukelia daugiausia Saulės spinduliai ir Saulės spinduliuojamų elektringųjų dalelių srautai. Aukščiau jonosferos išsidėsčiusios Žemės radiacinės juostos, kurias atrado dirbtiniai palydovai. Radiacinės juostos taip pat susideda iš plazmos.

Plazmos pritaikymas praktikoje

Plazma susidaro, vykstant visų rūšių išlydžiams dujose: rusenančiajam, elektros lankui, kibirkštiniam ir t. t. Tokia plazma vadinama dujų plazma.

Reklaminių užrašų ir dienos šviesos lempų šviečiančiuose vamzdeliuose taikoma rusenančio išlydžio teigiamojo stulpo plazma. Dienos šviesos lempose susidaro išlydžio gyvsidabrio garuose plazma. Stiklinis vamzdelis dengiamas specialiu liuminoforu, kuris, veikiamas plazmos spinduliavimo, ima pats švytėti. Parenkamas toks liuminoforas, kurio švytėjimas būtų artimas baltai šviesai.

Dujų plazma taikoma daugelyje prietaisų, pavyzdžiui, dujiniame lazeryje – kvantiniame šviesos šaltinyje. Lazeris galingiausias šviesos šaltinis. Jo spinduliavimas turi daug nuostabių savybių.

Plazmos čiurkšlė taikoma magnetiniuose hidrodinaminiuose generatoriuose. Perspektyvūs yra kosminių laivų mažos galios plazminiai varikliai.

Palyginti neseniai buvo sukurtas naujas prietaisas – plazmotronas. Plazmotrone sukuriamos galingos tankios plazmos čiurkšlės, plačiai taikomos įvairiose technikos srityse: metalams pjaustyti ir suvirinti, gręžiniams gręžti kietose uolienose ir kt. Plazminė čiurkšlė pagreitina daugelį cheminių reakcijų, su plazmine čiurkšle gali įvykti tokios reakcijos, kurios paprastomis sąlygomis nevyksta.

Ryškiausia fizikos perspektyva – aukštos temperatūros plazmą (dešimčių milijonų laipsnių) taikyti valdomoms termobranduolinėms reakcijoms sukelti. Šiuo metu tokios reakcijos intensyviai tiriamos. Vykstant šioms reakcijoms, išskiriama didžiulė energija.

Šablonas:Link FA