Els temps en què associàvem el plasma amb quelcom irreal, incomprensible, fantàstic, ja han passat. Avui en dia, aquest concepte s'utilitza activament. El plasma s'utilitza a la indústria. S'utilitza més en enginyeria d'il·luminació. Un exemple són les làmpades de descàrrega de gas que il·luminen els carrers. Però també està present a les làmpades fluorescents. També és en soldadura elèctrica. Després de tot, l'arc de soldadura és un plasma generat per una torxa de plasma. Es podrien donar molts altres exemples.
La física del plasma és una branca important de la ciència. Per tant, val la pena entendre els conceptes bàsics relacionats amb ell. Això és a què està dedicat el nostre article.
Definició i tipus de plasma
Què és el plasma? La definició en física és força clara. Un estat de plasma és un estat de la matèria quan aquesta té un nombre significatiu (proporcionat al nombre total de partícules) de partícules carregades (portadores) que es poden moure més o menys lliurement dins de la substància. Es poden distingir els següents tipus principals de plasma en física. Si els portadors pertanyen a partícules del mateix tipus (ipartícules de càrrega oposada, neutralitzant el sistema, no tenen llibertat de moviment), s'anomena un component. En cas contrari, és de dos o diversos components.
Funcions de plasma
Per tant, hem descrit breument el concepte de plasma. La física és una ciència exacta, per tant les definicions són indispensables aquí. Parlem ara de les característiques principals d'aquest estat de la matèria.
Les propietats del plasma en física són les següents. En primer lloc, en aquest estat, sota l'acció de forces electromagnètiques ja petites, sorgeix el moviment dels portadors, un corrent que flueix d'aquesta manera fins que aquestes forces desapareixen a causa de la pantalla de les seves fonts. Per tant, el plasma finalment passa a un estat en què és quasi neutre. En altres paraules, els seus volums, més grans que algun valor microscòpic, tenen càrrega zero. La segona característica del plasma està relacionada amb la naturalesa de llarg abast de les forces de Coulomb i Ampère. Consisteix en el fet que els moviments en aquest estat, per regla general, tenen un caràcter col·lectiu, que impliquen un gran nombre de partícules carregades. Aquestes són les propietats bàsiques del plasma en física. Seria útil recordar-los.
Ambdues característiques porten al fet que la física del plasma és inusualment rica i diversa. La seva manifestació més sorprenent és la facilitat d'ocurrència de diversos tipus d'inestabilitats. Són un greu obstacle que dificulta l'aplicació pràctica del plasma. La física és una ciència en constant evolució. Per tant, es pot esperar que amb el temps aquests obstacless'eliminarà.
Plasma en líquids
Passant a exemples específics d'estructures, comencem amb la consideració dels subsistemes de plasma en matèria condensada. Entre els líquids, primer cal anomenar metalls líquids, un exemple al qual correspon el subsistema de plasma, un plasma d'un sol component de portadors d'electrons. En sentit estricte, la categoria que ens interessa també hauria d'incloure els líquids electròlits en què hi ha portadors: ions d'ambdós signes. Tanmateix, per diverses raons, els electròlits no s'inclouen en aquesta categoria. Un d'ells és que no hi ha portadors lleugers i mòbils, com els electrons, a l'electròlit. Per tant, les propietats del plasma anteriors s'expressen molt més febles.
Plasma en cristalls
El plasma en cristalls té un nom especial: plasma en estat sòlid. En els cristalls iònics, encara que hi ha càrregues, estan immòbils. Per tant, no hi ha plasma. En els metalls, aquests són electrons de conducció que formen un plasma d'un component. La seva càrrega es compensa amb la càrrega d'ions immòbils (més precisament, incapaços de moure's llargues distàncies).
Plasma en semiconductors
Tenint en compte els conceptes bàsics de la física del plasma, cal tenir en compte que la situació dels semiconductors és més diversa. Caracteritzem-ho breument. Un plasma d'un component en aquestes substàncies pot sorgir si s'hi introdueixen impureses adequades. Si les impureses donen fàcilment electrons (donants), apareixen portadors de tipus n: electrons. Si les impureses, per contra, s'emporten fàcilment electrons (acceptadors), sorgeixen portadors de tipus p- forats (llocs buits en la distribució dels electrons), que es comporten com partícules amb càrrega positiva. Un plasma de dos components format per electrons i forats sorgeix en els semiconductors d'una manera encara més senzilla. Per exemple, apareix sota l'acció del bombeig de llum, que llança electrons de la banda de valència a la banda de conducció. Observem que, en determinades condicions, els electrons i els forats atrets entre si poden formar un estat lligat similar a un àtom d'hidrogen: un excitó, i si el bombeig és intens i la densitat dels excitons és alta, es fusionen i formen una gota. de líquid forat d'electrons. De vegades, aquest estat es considera un nou estat de la matèria.
Ionització de gas
Els exemples anteriors es refereixen a casos especials de l'estat del plasma, i el plasma en la seva forma pura s'anomena gas ionitzat. Molts factors poden provocar la seva ionització: camp elèctric (descàrrega de gas, tempesta), flux lumínic (fotoionització), partícules ràpides (radiació de fonts radioactives, raigs còsmics, que es van descobrir augmentant el grau d'ionització amb l'alçada). Tanmateix, el principal factor és l'escalfament del gas (ionització tèrmica). En aquest cas, la separació d'un electró d'un àtom provoca una col·lisió amb aquesta última d'una altra partícula de gas, que té suficient energia cinètica a causa de l' alta temperatura.
Plasma d' alta i baixa temperatura
La física del plasma a baixa temperatura és amb la qual entrem en contacte gairebé cada dia. Exemples d'aquest estat són les flames,substància en una descàrrega de gas i llamps, diversos tipus de plasma d'espai fred (iono- i magnetosferes de planetes i estrelles), substància de treball en diversos dispositius tècnics (generadors MHD, motors de plasma, cremadors, etc.). Exemples de plasma a alta temperatura són la matèria de les estrelles en totes les etapes de la seva evolució, excepte la primera infància i la vellesa, la substància de treball en instal·lacions de fusió termonuclear controlada (tokamaks, dispositius làser, dispositius de raigs, etc.).
El quart estat de la matèria
Fa un segle i mig, molts físics i químics creien que la matèria només consta de molècules i àtoms. Es combinen en combinacions o completament desordenades o més o menys ordenades. Es creia que hi havia tres fases: gasosa, líquida i sòlida. Les substàncies les accepten sota la influència de condicions externes.
No obstant això, actualment podem dir que hi ha 4 estats de la matèria. És el plasma que es pot considerar nou, el quart. La seva diferència amb els estats condensats (sòlid i líquid) rau en el fet que, com un gas, no només té elasticitat de cisalla, sinó també un volum fix. D' altra banda, un plasma té en comú amb un estat condensat la presència d'ordre de curt abast, és a dir, la correlació de les posicions i la composició de les partícules adjacents a una determinada càrrega de plasma. En aquest cas, aquesta correlació no es genera per forces intermoleculars, sinó per forces de Coulomb: una càrrega donada repel·leix les càrregues del mateix nom amb ella mateixa i en atreu les oposades.
La física del plasma va ser revisada breument per nos altres. Aquest tema és força voluminós, així que només podem dir que n'hem revelat els fonaments bàsics. Sens dubte, la física del plasma mereix una altra consideració.
