Покрај трите состојби наведени погоре, супстанцијата може да биде во четврта состојба на агрегација - плазма , кој беше откриен релативно неодамна. Состојбата на плазмата се јавува кога супстанцијата во гасовита состојба е изложена на такви силни јонизирачки фактори како што се ултра високи температури (неколку милиони степени), моќни електрични празнења или електромагнетно зрачење. Во овој случај, молекулите и атомите на супстанцијата се уништуваат и се трансформираат во мешавина составена од позитивно наелектризирани јадра и електрони кои се движат со огромна брзина. Поради оваа причина, плазмата понекогаш се нарекува електрон-нуклеарен гас.

Постојат два вида на плазма: изотермална и гасна празнење.

Изотермална плазмаСе добива на високи температури, под чие влијание се одвива топлинска дисоцијација на атомите на супстанцијата и може да постои бесконечно. Овој тип на плазма е супстанца на ѕвезди, како и топчести молњи. Земјината јоносфера е исто така посебен вид на плазма; меѓутоа, во овој случај, јонизацијата се јавува под влијание на ултравиолетовото зрачење од Сонцето.

Изотермалната плазма игра исклучително важна улога во вселенските процеси. Три други збирни состојби на материјата во вселената се исклучоци.

Плазма за испуштање гассе формира при електрично празнење и затоа е стабилен само во присуство на електрично поле. Штом ќе престане дејството на надворешното поле, плазмата со празнење на гас, поради формирање на неутрални атоми од јони и електрони, исчезнува во рок од 10 -5 -10 -4 секунди.

Едно од извонредните својства на плазмата е неговата висока електрична спроводливост. Колку е поголема температурата на плазмата, толку е поголема нејзината спроводливост. Поради ова, струи од стотици илјади и милиони ампери можат да поминат низ плазмата.

Со поминување на такви струи низ плазмата, неговата температура може да се подигне на десетици, па дури и стотици милиони степени, а нејзиниот притисок - до десет гигапаскали. Познато е дека таквите услови се блиску до одржување реакции на термонуклеарна фузија , кои можат да произведат колосални количества енергија.

Како што е познато, енергијата се ослободува не само за време на фисијата на јадрата, туку и за време на нивното спојување, т.е. при фузија на полесни јадра во потешки. Задачата во овој случај е да се надмине електричната одбивност и да се приближат светлосните јадра на доволно мали растојанија каде што меѓу нив почнуваат да дејствуваат нуклеарни привлечни сили. Така, на пример, кога би било можно да се присилат два протони и два неутрони да се соединат во јадрото на атом на хелиум, тогаш би се ослободила огромна енергија. Со загревање на високи температури како резултат на обични судири, јадрата можат да се приближат до толку мали растојанија што нуклеарните сили влегуваат во игра и доаѓа до фузија. Откако ќе започне, процесот на фузија, како што покажуваат пресметките, може да обезбеди количина на топлина потребна за одржување на високата температура неопходна за понатамошни нуклеарни фузии, т.е. процесот ќе продолжи континуирано. Ова произведува толку моќен извор на топлинска енергија што нејзината количина може да се контролира само со количината на потребен материјал. Ова е суштината на спроведување на контролирана реакција на термонуклеарна фузија.

Кога електрична струја минува низ плазмата, таа создава силно магнетно поле кое го компресира протокот на електрони и јони во плазма кабел Со тоа се постигнува топлинска изолација на плазмата од ѕидовите на садот. Како што се зголемува струјата, електромагнетната компресија на плазмата станува поизразена. Ова е суштината на т.н ефект на штипкање .Како што покажа истражувањето, ефектот на штипкање и силите создадени од надворешните магнетни полиња кои се разликуваат според одреден закон може успешно да се искористат за држење на плазмата во „магнетно шише“ каде што се јавува реакцијата на фузија.

ТЕОРИЈА НА ХЕМИСКИ ВРСКИ

Општи одредби на доктрината за хемиски врски. Ковалентна врска

Концептот на хемиска врска е еден од основните во модерната наука. Без знаење за природата на интеракцијата на атомите, невозможно е да се разбере механизмот на формирање на хемиски соединенија, нивниот состав и реактивност, а уште повеќе, да се предвидат својствата на новите материјали.

Првите и не сосема јасни идеи за хемиските врски беа воведени од Кекуле во 1857 година. Тој истакна дека бројот на атоми поврзани со атом на друг елемент зависи од основаноста на составните делови .

За прв пат, терминот „хемиска врска“ беше воведен од А.М. Батлеров во 1863 година. Во создавањето на доктрината за хемиски врски, неговата теорија за хемиска структура, предложена во 1861 година, одигра голема улога “. Начелата на неговото учење се како што следува:

1. Атомите во молекулите се поврзани еден со друг во одредена низа. Промената на оваа низа доведува до формирање на нова супстанција со нови својства.

2. Поврзувањето на атомите се случува во согласност со нивната валентност.

3. Карактеристиките на супстанциите зависат не само од составот, туку и од нивната „хемиска структура“, т.е. за редоследот на поврзување на атомите во молекулите и природата на нивното меѓусебно влијание.

Така, својствата на супстанциите се одредуваат не само од нивниот квалитативен и квантитативен состав, туку и од внатрешната структура на молекулите.

Во 1863 година, во својата работа „За различни објаснувања на некои случаи на изомеризам“, Батлеров веќе зборуваше за „методот на хемиско поврзување меѓу атомите“, за „хемиското поврзување на поединечни атоми“.

Што значи терминот „хемиска врска“?

Може да се дадат голем број на дефиниции за овој концепт, но најочигледната од нив е тоа хемиска врска – ова е интеракцијата што се јавува помеѓу атомите за време на формирањето на супстанциите.

Научно објаснување за природата на хемиската врска може да се појави дури по појавата на доктрината за структурата на атомот. Во 1916 година, американскиот физички хемичар Луис предложил дека хемиската врска се јавува со спарување на електрони кои припаѓаат на различни атоми. Оваа идеја беше почетна точка за модерната теорија на ковалентна хемиска врска .

Во истата година, германскиот научник Косел предложил дека кога два атома се во интеракција, еден од нив дава, а другиот прифаќа електрони. Електростатската интеракција на добиените јони доведува до формирање на стабилно соединение. Развојот на идеите на Косел доведе до создавање теорија на јонска врска .

Во секој случај, хемиската врска е од електрично потекло, бидејќи во крајна линија се должи на интеракцијата на електроните.

Една од причините за појавата на хемиска врска е желбата на атомите да заземат постабилна состојба. Неопходен услов за формирање на хемиска врска е намалувањето на потенцијалната енергија на системот на атоми во интеракција.

За време на хемиските реакции, јадрата на атомите и внатрешните електронски обвивки не претрпуваат промени. Хемиското поврзување се јавува преку интеракцијата на електроните најоддалечени од јадрото, наречени валентност .

Валентни елементи се: за s-елементи - s-електрони на надворешното енергетско ниво, за p-елементи - s- и p-електрони на надворешното енергетско ниво, за d-елементи - s-електрони на надворешното и d-електрони на преднадворешните енергетски нивоа, за f- елементи - s-електрони на надворешното и f-електрони на третото надворешно енергетско ниво.

Обично постојат пет главни типа на хемиско поврзување: јонски, ковалентен, метален, водород, и интермолекуларни интеракции , предизвикани од силите на ван дер Валс, а првите три типа на поврзување се значително посилни од последните два.

Модерната доктрина за хемиско поврзување се заснова на квантно механички концепти. Два методи во моментов се широко користени за да се опишат хемиските врски: метод на валентна врска(MVS) и молекуларна орбитална метода(ММО).

Методот BC е поедноставен и повизуелен, па затоа ќе започнеме со разгледување на теоријата на хемиско поврзување со него.

Да ја разгледаме најчестата ковалентна хемиска врска.

Метод на валентна врска

Методот BC се заснова на следните одредби.

1. Ковалентната хемиска врска е формирана од два електрони со спротивно насочени спинови, а овој електронски пар истовремено припаѓа на два атома. Самите атоми ја задржуваат својата индивидуалност.

2. Ковалентната хемиска врска е посилна колку повеќе се преклопуваат електронските облаци во интеракција.

Во широка смисла на зборот ковалентна врска е хемиска врска помеѓу атомите што се изведува со споделување на електрони.Ковалентната врска може да се смета како универзален, најчест тип на хемиска врска.

За точно да се опише состојбата на електронот во молекулата, неопходно е да се реши Шредингеровата равенка за соодветниот систем на електрони и јадра, наведувајќи ја состојбата на минимална енергија. Меѓутоа, во моментов, решавањето на Шредингеровата равенка е можно само за наједноставните системи. Првата приближна пресметка на функцијата на електронскиот бран беше направена во 1927 година од Хајтлер и Лондон за молекулата на водород.

Ориз. 4.1. Зависност на енергијата на систем од два атоми на водород од

меѓунуклеарно растојание за електрони со паралелни (1) и

антипаралелни (2) врти.

Како резултат на нивната работа, тие добија равенка која ја поврзува потенцијалната енергија на системот со растојанието помеѓу јадрата на два атоми на водород. Се испостави дека резултатите од пресметката зависат од тоа дали спиновите на двата електрони се исти или спротивни по знак.

Со паралелни вртења, приближувањето на атомите доведува до континуирано зголемување на енергијата на системот. Со обратно насочени вртења, атомите се приближуваат еден кон друг на одредено растојание r 0 е придружено со намалување на енергијата на системот, по што таа повторно почнува да се зголемува (сл. 4.1).

Така, ако спиновите на електроните се паралелни, формирањето на хемиска врска не се случува од енергетски причини, туку во случај на спротивно насочени електронски спинови, се формира молекула H2 - стабилен систем од два атоми на водород, растојанието помеѓу јадра од кои е r 0 .

Ова е растојанието r 0 значително помал од двапати од атомскиот радиус (за молекула на водород - 0,074 и 0,106 nm, соодветно), затоа, кога се формира хемиска врска, се јавува меѓусебно преклопување на електронските облаци и атоми кои реагираат (сл. 3.2).

Ориз. 4.2. Шема на преклопување на електронски облак за време на формирањето

молекули на водород

Поради преклопувањето на облаците, густината на електроните меѓу јадрата се зголемува, а привлечните сили помеѓу овој регион на негативен полнеж и позитивно наелектризираните јадра на атомите во интеракција се зголемуваат. Зголемувањето на привлечните сили е придружено со ослободување на енергија, што доведува до формирање на хемиска врска.

Кога се прикажуваат структурни формули, врската е означена со цртичка или две точки (точката означува електрон):

N – N N: N

Во разгледуваниот случај, електроните лоцирани во s-орбиталите на атомите на водород се делат. Водородниот атом нема други електрони. Во случај на, на пример, халогени, секој атом во интеракција има и три пара електрони на надворешно енергетско ниво кои не се вклучени во формирањето на хемиска врска (два s-електрони и четири p-електрони):

Хемиската врска во молекулата F2 се формира поради интеракцијата на неспарените електрони лоцирани во атомските р-орбитали, преостанатите електрони не учествуваат во формирањето на хемиската врска (тие често се нарекуваат осамени електронски парови).

Само еден електрон од секој атом учествува во формирањето на молекулите H 2 и F 2. Ковалентната врска формирана од еден пар електрони се нарекува сингл комуникација

Врската формирана од два или три пара електрони се нарекува повеќекратни комуникација Така, атомите на кислород и азот содржат два и три неспарени електрони, соодветно:

Следствено, два или три електрони од секој атом, соодветно, учествуваат во формирањето на молекулите O 2 и N 2. Така, врската во молекулата на кислородот е двојна, а во молекулата на азот е тројна:

Како може да се формира повеќекратна врска? Дали сите врски се еднакви во овие случаи? За да одговориме на ова и на други поврзани прашања, треба да ги разгледаме основните карактеристики на ковалентна врска.

И други. Промената во состојбата на агрегација може да биде придружена со нагло менување на слободната енергија, ентропијата, густината и другите основни физички својства.

Познато е дека секоја супстанција може да постои само во една од трите состојби: цврста, течна или гасовита, чиј класичен пример е водата, која може да биде во форма на мраз, течност и пареа. Меѓутоа, ако го земеме целиот универзум како целина, има многу малку супстанции кои се во овие неоспорни и широко распространети состојби. Тие веројатно нема да го надминат она што се смета за занемарлива трага во хемијата. Целата друга материја во Универзумот е во таканаречената плазма состојба.

1. Што е плазма?

Зборот „плазма“ (од грчкиот „плазма“ - „формиран“) во средината на 19 век

В. почна да се нарекува безбоен дел од крвта (без црвено-бели тела) и

течност која ги исполнува живите клетки. Во 1929 година, американските физичари Ирвинг Лангмуир (1881-1957) и Леви Тонко (1897-1971) го нарекоа јонизираниот гас во цевката за празнење гас плазма.

Англискиот физичар Вилијам Крукс (1832-1919), кој студирал електротехника

испуштање во цевки со редок воздух, напиша: „Феномени во евакуирани

цевките отвораат нов свет за физичката наука, во кој материјата може да постои во четврта состојба“.

Во зависност од температурата, секоја супстанција ја менува својата

држава. Така, водата на негативни (Целзиусови) температури е во цврста состојба, во опсег од 0 до 100 °C - во течна состојба, над 100 °C - во гасовита состојба, ако температурата продолжи да расте, атомите и молекулите почнуваат да ги губат своите електрони - тие стануваат јонизирани и гасот се претвора во плазма околу 99% од масата на Универзумот, поголемиот дел од ѕвездите, целосно јонизирана плазма.

Уште повисоки се радијационите појаси кои содржат плазма.

Аурорите, молњите, вклучително и глобуларните молњи, се сите различни видови на плазма што може да се набљудуваат во природни услови на Земјата. И само незначителен дел од Универзумот е составен од цврста материја - планети, астероиди и маглини од прашина.

Во физиката, плазмата се подразбира како гас кој се состои од електрично

наелектризирани и неутрални честички, кај кои вкупниот електричен полнеж е нула, т.е. условот на квазинеутралност е задоволен (затоа, на пример, зрак од електрони што лета во вакуум не е плазма: тој носи негативен полнеж).

1.1. Најтипични форми на плазма

Својства и параметри на плазмата

Плазмата ги има следниве својства:

Нискотемпературната плазма се карактеризира со низок степен на јонизација (до 1%). Бидејќи таквите плазми доста често се користат во технолошките процеси, тие понекогаш се нарекуваат технолошки плазми. Најчесто, тие се создаваат со помош на електрични полиња кои ги забрзуваат електроните, кои пак ги јонизираат атомите. Електричните полиња се внесуваат во гасот преку индуктивна или капацитивна спојка (види индуктивно споена плазма). Вообичаените апликации на плазмата со ниска температура вклучуваат плазма модификација на површинските својства (дијамантски филмови, нитридација на метал, модификација на влажност), плазма офорт на површини (полупроводничка индустрија), прочистување на гасови и течности (озонирање на вода и согорување на честички саѓи во дизел мотори) .

Топлата плазма е скоро секогаш целосно јонизирана (степен на јонизација ~ 100%). Обично токму тоа се подразбира како „четврта состојба на материјата“. Пример е Сонцето.

2.4. Густина

Покрај температурата, која е фундаментална за самото постоење на плазмата, второто најважно својство на плазмата е нејзината густина. Фразата густина на плазмата обично значи густина на електрони, односно број на слободни електрони по единица волумен (строго кажано, овде, густината се нарекува концентрација - не масата на единица волумен, туку бројот на честички по единица волумен). Во квазинеутрална плазма, густината на јоните е поврзана со неа преку просечниот број на полнење на јоните: . Следната важна количина е густината на неутралните атоми n0. Во топла плазма, n0 е мал, но сепак може да биде важен за физиката на процесите во плазмата. Кога се разгледуваат процесите во густа, неидеална плазма, карактеристичниот параметар за густина станува rs, што се дефинира како однос на просечното растојание на меѓучестичките до радиусот Боров.

2.5. Квази-неутралност

Бидејќи плазмата е многу добар проводник, електричните својства се важни. Плазма потенцијалот или просторниот потенцијал е просечната вредност на електричниот потенцијал во дадена точка во просторот. Ако некое тело се внесе во плазмата, неговиот потенцијал генерално ќе биде помал од потенцијалот на плазмата поради појавата на слојот Debye. Овој потенцијал се нарекува лебдечки потенцијал. Поради добрата електрична спроводливост, плазмата има тенденција да ги заштити сите електрични полиња. Ова води до феноменот на квазинеутралност - густината на негативните полнежи е еднаква на густината на позитивните полнежи со добра точност (). Поради добрата електрична спроводливост на плазмата, раздвојувањето на позитивните и негативните полнежи е невозможно на растојанија поголеми од должината на Дебај и на моменти поголеми од периодот на плазма осцилации.

Пример за не-квази-неутрална плазма е електронски зрак. Сепак, густината на неутралните плазми мора да биде многу мала, инаку тие брзо ќе се распаѓаат поради Кулоновата одбивност.

Математички опис

Плазмата може да се опише на различни нивоа на детали. Обично плазмата се опишува одделно од електромагнетните полиња.

3.1. Течен (течен) модел

Во флуидниот модел, електроните се опишани во однос на густината, температурата и просечната брзина. Моделот се заснова на: равенката на рамнотежа за густина, равенката за зачувување на импулсот и равенката на електронската енергетска рамнотежа. Во моделот со две течности, јоните се третираат на ист начин.

3.2. Кинетички опис

Понекогаш течниот модел не е доволен за да се опише плазмата. Подетален опис е даден со кинетичкиот модел, во кој плазмата е опишана во однос на функцијата на дистрибуција на електроните над координатите и моментите. Моделот е заснован на Болцмановата равенка. Болцмановата равенка не е применлива за опишување на плазма од наелектризирани честички со Кулонова интеракција поради долготрајната природа на Кулоновите сили. Затоа, за да се опише плазмата со Кулонова интеракција, се користи равенката Власов со самоконзистентно електромагнетно поле создадено од наелектризирани плазма честички. Кинетичкиот опис мора да се користи во отсуство на термодинамичка рамнотежа или во присуство на силни нехомогености во плазмата.

3.3. Честичка-во-клетка (честичка во ќелија)

Моделите со честички во ќелија се подетални од кинетичките модели. Тие инкорпорираат кинетичка информација со следење на траекториите на голем број поединечни честички. Густина на Ел полнежот и струјата се одредуваат со собирање на честички во ќелиите кои се мали во споредба со проблемот што се разгледува, но сепак содржат голем број на честички. Е-пошта и маг. Полињата се наоѓаат од полнежот и густината на струјата на границите на ќелијата.

4. Употреба на плазма

Плазмата најмногу се користи во технологијата на осветлување - во светилки со празнење гас што ги осветлуваат улиците и флуоресцентни светилки што се користат во затворени простории. И покрај тоа, во различни уреди за празнење гас: исправувачи на електрична струја, стабилизатори на напон, плазма засилувачи и генератори со ултра висока фреквенција (микробранови), бројачи на космички честички. Сите таканаречени гасни ласери (хелиум-неон, криптон, јаглерод диоксид итн.) се всушност плазма: гасните мешавини во нив се јонизираат со електрично празнење. Својствата карактеристични за плазмата ги поседуваат спроводливите електрони во металот (јоните цврсто фиксирани во кристалната решетка ги неутрализираат нивните полнежи), збир на слободни електрони и мобилни „дупки“ (празни места) во полупроводниците. Затоа, таквите системи се нарекуваат плазма со цврста состојба. Гасната плазма обично се дели на ниска температура - до 100 илјади степени и висока температура - до 100 милиони степени. Постојат генератори на нискотемпературна плазма - плазматрони, кои користат електричен лак. Користејќи плазма факел, можете да го загреете речиси секој гас на 7000-10000 степени во стотинки и илјадити делови од секундата. Со создавањето на плазма факелот, се појави ново поле на науката - плазма хемија: многу хемиски реакции се забрзуваат или се случуваат само во плазма млаз. Плазматроните се користат во рударската индустрија и за сечење метали. Создадени се и плазма мотори и магнетохидродинамички електрани. Се развиваат различни шеми за плазма забрзување на наелектризираните честички. Централниот проблем на физиката на плазмата е проблемот на контролирана термонуклеарна фузија. Термонуклеарните реакции се синтеза на потешки јадра од јадрата на лесните елементи (првенствено изотопи на водород - деутериум Д и тритиум Т), кои се случуваат на многу високи температури (> 108 К и погоре). Во природни услови, на Сонцето се случуваат термонуклеарни реакции: водородните јадра се комбинираат едни со други за да формираат јадра на хелиум, ослободувајќи значителна количина на енергија. Беше спроведена вештачка термонуклеарна реакција на фузија во хидрогенска бомба.

Заклучок

Плазмата е сè уште малку проучен објект не само во физиката, туку и во хемијата (хемијата на плазмата), астрономијата и многу други науки. Затоа, најважните технички принципи на физиката на плазмата сè уште не ја напуштиле фазата на лабораториски развој. Во моментов, плазмата активно се проучува бидејќи е од големо значење за науката и технологијата. Оваа тема е интересна и затоа што плазмата е четвртата состојба на материјата за чие постоење луѓето не се сомневале до 20 век.

Библиографија

Вурзел Ф.Б., Полак Л.С. Плазмохемија, М, Знание, 1985 година.
Ораевски Н.В. Плазма на Земјата и во вселената, К, Наукова Думка, 1980 г.

Мислам дека сите ги знаат 3-те главни состојби на материјата: течна, цврста и гасовита. Со овие состојби на материјата се среќаваме секој ден и секаде. Најчесто тие се разгледуваат со користење на примерот на вода. Течната состојба на водата ни е најпозната. Ние постојано пиеме течна вода, таа тече од нашата чешма, а ние самите сме 70% течна вода. Втората физичка состојба на водата е обичниот мраз, кој го гледаме на улица во зима. Водата е лесно да се најде и во гасовита форма во секојдневниот живот. Во гасовита состојба, водата е, како што сите знаеме, пареа. Се гледа кога, на пример, ќе вариме котел. Да, на 100 степени водата се менува од течна во гасовита.

Ова се трите состојби на материјата кои ни се познати. Но, дали знаевте дека всушност има 4 од нив? Мислам дека секој барем еднаш го слушнал зборот „плазма“. И денес сакам да дознаете повеќе за плазмата - четвртата состојба на материјата.

Плазмата е делумно или целосно јонизиран гас со еднакви густини на позитивни и негативни полнежи. Плазмата може да се добие од гас - од 3-та состојба на агрегација на супстанција со силно загревање. Состојбата на агрегација воопшто, всушност, целосно зависи од температурата. Првата состојба на агрегација е најниската температура на која телото останува цврсто, втората состојба на агрегација е температурата на која телото почнува да се топи и станува течно, третата состојба на агрегација е највисоката температура, на која супстанцијата станува гас. За секое тело, супстанција, температурата на премин од една состојба на агрегација во друга е сосема различна, за некои е помала, за некои е повисока, но за секого е строго во оваа низа. На која температура супстанцијата станува плазма? Бидејќи ова е четврта состојба, тоа значи дека температурата на транзиција кон неа е повисока од онаа на секоја претходна. И навистина е така. За да се јонизира гасот, потребна е многу висока температура. Најниската температура и ниската јонизирана (околу 1%) плазма се карактеризира со температура до 100 илјади степени. Под копнени услови, таквата плазма може да се набљудува во форма на молња. Температурата на каналот на молња може да надмине 30 илјади степени, што е 6 пати повисока од температурата на површината на Сонцето. Патем, Сонцето и сите други ѕвезди се исто така плазма, најчесто високи температури. Науката докажува дека околу 99% од целата материја во Универзумот е плазма.

За разлика од плазмата со ниска температура, плазмата со висока температура има речиси 100% јонизација и температура до 100 милиони степени. Ова е навистина ѕвездена температура. На Земјата, таква плазма се наоѓа само во еден случај - за експерименти со термонуклеарна фузија. Контролираната реакција е доста сложена и одзема енергија, но неконтролираната реакција се покажа како оружје со колосална моќ - термонуклеарна бомба тестирана од СССР на 12 август 1953 година.

Плазмата се класифицира не само според температурата и степенот на јонизација, туку и според густината и квази-неутралноста. Колокација густина на плазматаобично значи густина на електрони, односно бројот на слободни електрони по единица волумен. Па, со ова мислам дека се е јасно. Но, не секој знае што е квази-неутралност. Квазинеутралноста на плазмата е една од нејзините најважни својства, која се состои во речиси точната еднаквост на густините на позитивните јони и електрони вклучени во неговиот состав. Поради добрата електрична спроводливост на плазмата, раздвојувањето на позитивните и негативните полнежи е невозможно на растојанија поголеми од должината на Дебај и на моменти поголеми од периодот на плазма осцилации. Речиси целата плазма е квази-неутрална. Пример за не-квази-неутрална плазма е електронски зрак. Сепак, густината на неутралните плазми мора да биде многу мала, инаку тие брзо ќе се распаѓаат поради Кулоновата одбивност.

Разгледавме многу малку копнени примери на плазма. Но, има доста од нив. Човекот научил да користи плазма за своја корист. Благодарение на четвртата состојба на материјата, можеме да користиме светилки за празнење гас, плазма телевизори, заварување со електричен лак и ласери. Конвенционалните флуоресцентни светилки за празнење се исто така плазма. Во нашиот свет постои и плазма светилка. Главно се користи во науката за проучување и, што е најважно, за гледање на некои од најкомплексните плазма феномени, вклучувајќи ја и филаментацијата. Фотографија на таква светилка може да се види на сликата подолу:

Покрај плазма уредите за домаќинство, на Земјата често може да се види и природна плазма. Веќе разговаравме за еден од нејзините примери. Ова е молња. Но, покрај молњите, плазма феномените може да се наречат и северните светла, „огнот на Свети Елмо“, Земјината јоносфера и, се разбира, оган.

Забележете дека оган, молња и други манифестации на плазма, како што ние ја нарекуваме, горат. Што предизвикува толку силна светлина од плазмата? Сјајот на плазмата е предизвикан од транзицијата на електроните од високоенергетска состојба во состојба со ниска енергија по рекомбинација со јони. Овој процес резултира со зрачење со спектар што одговара на возбудениот гас. Ова е причината зошто плазмата свети.

Исто така, би сакал да зборувам малку за историјата на плазмата. На крајот на краиштата, некогаш само таквите супстанции како течната компонента на млекото и безбојната компонента на крвта се нарекуваа плазма. Сè се смени во 1879 година. Во таа година познатиот англиски научник Вилијам Крукс, додека ја проучувал електричната спроводливост во гасовите, го открил феноменот на плазмата. Точно, оваа состојба на материјата беше наречена плазма дури во 1928 година. И тоа го направи Ирвинг Лангмуир.

Како заклучок, сакам да кажам дека таков интересен и мистериозен феномен како топката молња, за кој сум пишувал повеќе од еднаш на оваа страница, е, се разбира, исто така плазмоид, како обична молња. Ова е можеби најнеобичниот плазмоид од сите копнени плазма феномени. На крајот на краиштата, постојат околу 400 различни теории за топчести молњи, но ниту една од нив не е препознаена како навистина точна. Во лабораториски услови, слични, но краткорочни појави се добиваа на неколку различни начини, така што прашањето за природата на топчестите молњи останува отворено.

Обичната плазма, се разбира, беше создадена и во лаборатории. Ова некогаш беше тешко, но сега таков експеримент не е особено тежок. Бидејќи плазмата цврсто влезе во нашиот секојдневен арсенал, тие многу експериментираат на неа во лаборатории.

Најинтересното откритие во областа на плазмата беа експериментите со плазма во нулта гравитација. Излегува дека плазмата се кристализира во вакуум. Тоа се случува вака: наелектризираните плазма честички почнуваат да се одбиваат една со друга, а кога имаат ограничен волумен, тие го заземаат просторот што им е доделен, расејувајќи се во различни насоки. Ова е сосема слично на кристална решетка. Зарем ова не значи дека плазмата е затворачката врска помеѓу првата состојба на материјата и третата? На крајот на краиштата, таа станува плазма поради јонизацијата на гасот, а во вакуум плазмата повторно станува цврста. Но, ова е само моја претпоставка.

Плазма кристалите во вселената исто така имаат прилично чудна структура. Оваа структура може да се набљудува и проучува само во вселената, во вистинскиот вакуум на просторот. Дури и ако создадете вакуум на Земјата и поставите плазма таму, гравитацијата едноставно ќе ја компресира целата „слика“ што се формира внатре. Во вселената, плазма кристалите едноставно полетуваат, формирајќи тродимензионална тродимензионална структура со чудна форма. По испраќањето на резултатите од набљудувањето на плазмата во орбитата до научниците на Земјата, се покажа дека вртлозите во плазмата чудно ја повторуваат структурата на нашата галаксија. Тоа значи дека во иднина ќе може да се разбере како се родила нашата галаксија со проучување на плазмата. Фотографиите подолу ја покажуваат истата кристализирана плазма.

Типични примери на плазма

Плазмата е најчестата состојба на материјата. Повеќе од 99% од забележаното се состои од плазма. Следниве форми на плазма се добро познати:

Лабораториски и индустриски
- Пламен
- Лак за заварување
- Ракетен издув
- Плазма за контролирана термонуклеарна фузија
Природно
- и други (формирани со термонуклеарна фузија)
- Меѓуѕвезден гас

Својства

Терминот плазма се користи за системи на наелектризирани честички доволно големи за да произведат колективни ефекти. Микроскопските мали количини наелектризирани честички (на пр. јонски снопови во јонски стапици) не се плазма. Плазмата ги има следниве својства:

Должината на скринингот на Debye е мала во споредба со карактеристичната големина на плазмата.
- r_D/L<<1\,
Внатре во сферата c има голем број наелектризирани честички.
- r_D^3N>>1\,, Каде N\,- концентрација на наелектризирани честички
Просечното време помеѓу судирите на честичките е долго во споредба со периодот на плазма осцилации.
- \tau\omega_(pl)>>1\,

Класификација

Плазмата обично се дели на ниска температураИ висока температура, рамнотежаИ нерамнотежа, и доста често ладната плазма е нерамнотежа, а топлата плазма е рамнотежа.

Температура

Во нерамнотежни плазми, температурата на електроните значително ја надминува температурата на јоните. Ова се случува поради разликата во масите на јонот и електронот, што го отежнува процесот на размена на енергија. Оваа ситуација се јавува при празнења на гасови, кога јоните имаат температура од околу стотици, а електроните имаат температура од околу десетици илјади степени.

Во рамнотежната плазма и двете температури се еднакви. Бидејќи процесот на јонизација бара температури споредливи со потенцијалот за јонизација, рамнотежните плазми обично се топли (со температури поголеми од неколку илјади степени).

Концепт плазма со висока температураобично се користи за термонуклеарна фузија на плазма, за која се потребни температури од милиони степени.

Степен на јонизација

Степенот на јонизација се дефинира како однос на бројот на јонизирани честички со вкупниот број на честички. Нискотемпературните плазми се карактеризираат со ниски степени на јонизација (<1 %). Так как такие плазмы довольно часто употребляются в плазма технологиитие понекогаш се нарекуваат технолошки плазми. Најчесто, тие се создаваат со помош на електрични полиња кои ги забрзуваат електроните, кои пак ги јонизираат атомите. Електричните полиња се внесуваат во гасот преку индуктивна или капацитивна спојка. Типични апликации на плазма со ниска температура вклучуваат плазма модификација на површинските својства (дијамантски филмови, нитридација на метал, модификација на влажност), плазма офорт на површини (полупроводничка индустрија), прочистување на гасови и течности (озонирање на вода и согорување на честички саѓи во дизел моторите ).

Топла плазмаречиси секогаш целосно јонизиран (степен на јонизација ~ 100%). Обично тие се сфаќаат како „четврта состојба на материјата“. Пример е Сонцето.

Густина

Покрај температурата, која е фундаментална за самото постоење на плазмата, второто најважно својство на плазмата е нејзината густина. збор густина на плазматаобично значи густина на електрони, односно бројот на слободни електрони по единица волумен (строго кажано, овде, густината се нарекува концентрација - не масата на единица волумен, туку бројот на честички по единица волумен). Густина на јониповрзани со него преку просечниот број на полнење на јони \langle Z\rangle: n_e=\langle Z\rangle n_i. Следната важна количина е густината на неутралните атоми n 0 . Во топла плазма n 0 е мал, но сепак може да биде важен за физиката на процесите во плазмата.

Квази-неутралност

Бидејќи плазмата е многу добар проводник, електричните својства се важни. Плазма потенцијалили потенцијал на просторотсе нарекува просечна вредност на електричниот потенцијал во дадена точка во просторот. Ако некое тело се внесе во плазмата, неговиот потенцијал генерално ќе биде помал од потенцијалот на плазмата поради појавата на слојот Debye. Овој потенцијал се нарекува лебдечки потенцијал. Поради добрата електрична спроводливост, плазмата има тенденција да ги заштити сите електрични полиња. Ова води до феноменот на квазинеутралност - густината на негативните полнежи е еднаква на густината на позитивните полнежи со добра точност ( n_e=\langle Z\rangle n_i). Поради добрата електрична спроводливост на плазмата, раздвојувањето на позитивните и негативните полнежи е невозможно на растојанија поголеми од должината на Дебај и на моменти поголеми од периодот на плазма осцилации.

Разлики од гасовита состојба

Плазмата често се нарекува четврта состојба на материјата. Се разликува од трите помалку енергетски состојби на материјата, иако е слична на гасната фаза по тоа што нема специфичен облик или волумен. Сè уште има дебата за тоа дали плазмата е посебна состојба на агрегација или едноставно топол гас. Повеќето физичари веруваат дека плазмата е нешто повеќе од гас поради следните разлики:

Имотот	Гас	Плазма
Електрична спроводливост	Многу мал	Многу високо И покрај фактот дека кога тече струја, иако се јавува мал, но сепак конечен пад на потенцијалот, во многу случаи електричното поле во плазмата може да се смета за еднакво на нула. Градиентите на густината поврзани со присуството на електрично поле може да се изразат преку Болцмановата дистрибуција. Способноста да се спроведуваат струи ја прави плазмата многу подложна на влијанието на магнетното поле, што доведува до феномени како што се филаментација, појава на слоеви и млазови. Присуството на колективни ефекти е типично, бидејќи електричните и магнетните сили се многу посилни од гравитационите.
Број на типови на честички	Еден	Две или три Електроните, јоните и неутралните честички се разликуваат по нивниот електронски знак. полнење и можат да се однесуваат независно еден од друг - имаат различни брзини, па дури и температури, што предизвикува појава на нови појави, како што се бранови и нестабилности.
Дистрибуција на брзина	Максвел	Може да биде не-максвелјан Електричните полиња имаат различен ефект врз брзините на честичките отколку судирите, што секогаш доведува до максвелизација на дистрибуцијата на брзината. Зависноста од брзината на пресекот на судирот Кулом може да ја зголеми оваа разлика, што ќе доведе до ефекти како што се распределби на две температури и забегани електрони.
Вид на интеракции	Бинарни Како по правило, судирите со две честички, судирите со три честички се исклучително ретки.	Колективно Секоја честичка влегува во интеракција со многумина одеднаш. Овие колективни интеракции имаат многу поголемо влијание од интеракциите со две честички.

Математички опис

Плазмата може да се опише на различни нивоа на детали. Обично плазмата се опишува одделно од електромагнетните полиња. Заеднички опис на спроводлива течност и електромагнетни полиња е даден во теоријата на магнетохидродинамички феномени или теоријата на МХД.

Течен (течен) модел

Кинетички опис

Понекогаш течниот модел не е доволен за да се опише плазмата. Подетален опис е даден со кинетичкиот модел. Плазмата е опишана во смисла на Функцијата за распределба на брзината на електроните. Моделот се базира на. Кога се опишуваат плазмата и електричната енергија заедно. полиња, се користи системот на равенки Власов. Кинетичкиот опис мора да се користи во отсуство на термодинамичка рамнотежа или во присуство на силни нехомогености во плазмата.

Честичка-во-клетка (честичка во ќелија)

Основни плазма карактеристики

Сите количини се дадени во гаусови единици освен температурата, која е дадена во eV и јонската маса, која е дадена во единици за маса на протон. μ = м јас / м стр ; З– број на наплата; к– Болцманова константа; ДО– бранова должина; γ - адијабатски индекс; ln Λ - Кулонов логаритам.

Фреквенции

Лармор фреквенција на електрони, аголна фреквенција на кружното движење на електронот во рамнина нормална на магнетното поле:

\omega_(ce) = eB/m_ec = 1,76 \пати 10^7 B \mbox(rad/s)

Лармор фреквенција на јонот, аголна фреквенција на кружното движење на јонот во рамнина нормална на магнетното поле:

\omega_(ci) = eB/m_ic = 9,58 \пати 10^3 Z \mu^(-1) B \mbox(rad/s)

плазма фреквенција(фреквенција на осцилација на плазмата), фреквенцијата со која електроните осцилираат околу положбата на рамнотежа кога се поместени во однос на јоните:

\omega_(pe) = (4\pi n_ee^2/m_e)^(1/2) = 5,64 \пати 10^4 n_e^(1/2) \mbox(rad/s)

Фреквенција на јонска плазма:

\omega_(pe) = (4\pi n_iZ^2e^2/m_i)^(1/2) = 1,32 \пати 10^3 Z \mu^(-1/2) n_i^(1/2) \mbox (rad/s)

фреквенција на судир на електрони

\nu_e = 2,91 \пати 10^(-6) n_e\,\ln\Lambda\,T_e^(-3/2) \mbox(s)^(-1)

фреквенција на судир на јони

\nu_i = 4,80 \пати 10^(-8) Z^4 \mu^(-1/2) n_i\,\ln\Lambda\,T_i^(-3/2) \mbox(s)^(-1 )

Должини

Електронска бранова должина на Де Брољ, електронска бранова должина во квантната механика:

\lambda\!\!\!\!- = \hbar/(m_ekT_e)^(1/2) = 2,76\times10^(-8)\,T_e^(-1/2)\,\mbox(cm)

минимално растојание на приближување во класичниот случај, минималното растојание на кое две наелектризирани честички можат да се приближат една до друга при директен судир и почетна брзина што одговара на температурата на честичките, занемарувајќи ги квантните механички ефекти:

e^2/kT=1,44\times10^(-7)\,T^(-1)\,\mbox(cm)

електронски жиромагнетен радиус, радиус на кружно движење на електрон во рамнина нормална на магнетното поле:

r_e = v_(Te)/\omega_(ce) = 2,38\,T_e^(1/2)B^(-1)\,\mbox(cm)

јонски гиромагнетен радиус, радиус на кружно движење на јонот во рамнина нормална на магнетното поле:

r_i = v_(Ti)/\омега_(ci) = 1,02\пати 10^2\,\mu^(1/2)Z^(-1)T_i^(1/2)B^(-1)\,\ mbox (cm)

големина на плазма слој на кожата, растојанието на кое електромагнетните бранови можат да навлезат во плазмата:

c/\omega_(pe) = 5,31\times10^5\,n_e^(-1/2)\,\mbox(cm)

(Должина на драго), растојанието на кое се прикажуваат електричните полиња поради прераспределбата на електроните:

\lambda_D = (kT/4\pi ne^2)^(1/2) = 7,43\times10^2\,T^(1/2)n^(-1/2)\,\mbox(cm)

Брзини

термичка брзина на електрони, формула за проценка на брзината на електроните во. Просечната брзина, најверојатната брзина и коренската средна квадратна брзина се разликуваат од овој израз само со фактори од редот на единство:

v_(Te) = (kT_e/m_e)^(1/2) = 4,19\times10^7\,T_e^(1/2)\,\mbox(cm/s)

брзина на термички јони, формула за проценка на брзината на јоните при

Ова се трите состојби на материјата кои ни се познати. Но, дали знаевте дека всушност има 4 од нив? Мислам дека сите го слушнаа зборот " плазма" И денес сакам да дознаете повеќе за плазмата - четвртата состојба на материјата.

За разлика од плазмата со ниска температура, плазмата со висока температура има речиси 100% јонизација и температура до 100 милиони степени. Ова е навистина ѕвездена температура. На Земјата, таква плазма се наоѓа само во еден случај - за експерименти со термо-нуклеарна фузија. Контролирањето на реакцијата е доста сложено и енергетски интензивно, но неконтролираната реакција е доста рано - се однесува како оружје со колосална моќ - термонуклеарна бомба, тестирана од СССР на 12 август 1953 година.

Разгледавме многу малку копнени примери на плазма. Но, има доста од нив. Човекот научил да користи плазма за своја корист. Благодарение на четвртата збирна состојба на материјата, можеме да користиме светилки за празнење гас, плазма телевизори, зоо-рами, лачно-електрично заварување, ласер-рами. Конвенционалните флуоресцентни светилки со празнење на гас се исто така плазма. Во нашиот свет постои и плазма светилка. Главно се користи во науката за проучување и, што е најважно, за гледање на некои од најкомплексните плазма феномени, вклучувајќи ја и филаментацијата. Фотографија на таква светилка може да се види на сликата подолу:

Тоа е сè што би сакал да кажам на тема плазма. Се надевам дека ве заинтересира и изненади. На крајот на краиштата, ова е навистина неверојатен феномен, поточно состојба - 4-та состојба на материјата.

Порака на тема гас и плазма. Плазмата е четвртата состојба на материјата. Од Фарадеј до Лангмуир

1. Што е плазма?

1.1. Најтипични форми на плазма

Својства и параметри на плазмата

2.4. Густина

2.5. Квази-неутралност

Математички опис

3.1. Течен (течен) модел

3.2. Кинетички опис

3.3. Честичка-во-клетка (честичка во ќелија)

4. Употреба на плазма

Заклучок

Библиографија

Типични примери на плазма