Plazmayı gerçek dışı, anlaşılmaz, fantastik bir şeyle ilişkilendirdiğimiz zamanlar çoktan geride kaldı. Günümüzde bu kavram aktif olarak kullanılmaktadır. Plazma endüstride kullanılır. En yaygın olarak aydınlatma mühendisliğinde kullanılır. Bir örnek, sokakları aydınlatan gaz deşarj lambalarıdır. Ancak floresan lambalarda da bulunur. Aynı zamanda elektrik kaynağındadır. Sonuçta, kaynak arkı bir plazma torcu tarafından üretilen bir plazmadır. Daha birçok örnek verilebilir.
Plazma fiziği önemli bir bilim dalıdır. Bu nedenle, onunla ilgili temel kavramları anlamaya değer. Makalemiz buna ithaf edilmiştir.
Plazmanın tanımı ve türleri
Plazma nedir? Fizikteki tanım oldukça açıktır. Plazma durumu, maddenin içinde az ya da çok serbestçe hareket edebilen önemli (toplam parçacık sayısı ile orantılı) sayıda yüklü parçacık (taşıyıcı) olduğunda maddenin böyle bir durumudur. Fizikte aşağıdaki ana plazma türleri ayırt edilebilir. Taşıyıcılar aynı türden parçacıklara aitse (vesistemi nötralize eden zıt yüklü parçacıklar, hareket özgürlüğüne sahip değildir), buna tek bileşenli denir. Aksi takdirde, - iki veya çok bileşenlidir.
Plazma özellikleri
Plazma kavramını kısaca anlattık. Fizik kesin bir bilimdir, bu nedenle tanımlar burada vazgeçilmezdir. Şimdi maddenin bu halinin temel özelliklerinden bahsedelim.
Fizikteki plazma özellikleri aşağıdaki gibidir. Her şeyden önce, bu durumda, zaten küçük elektromanyetik kuvvetlerin etkisi altında, taşıyıcıların hareketi ortaya çıkar - kaynaklarının taranması nedeniyle bu kuvvetler kaybolana kadar bu şekilde akan bir akım. Bu nedenle, plazma sonunda yarı-nötr olduğu bir duruma geçer. Başka bir deyişle, bazı mikroskobik değerlerden daha büyük olan hacimleri sıfır yüke sahiptir. Plazmanın ikinci özelliği, Coulomb ve Ampère kuvvetlerinin uzun menzilli doğası ile ilgilidir. Bu durumdaki hareketlerin, kural olarak, çok sayıda yüklü parçacık içeren kolektif bir karaktere sahip olması gerçeğinden oluşur. Bunlar fizikteki plazmanın temel özellikleridir. Bunları hatırlamakta fayda var.
Bu özelliklerin her ikisi de plazma fiziğinin alışılmadık derecede zengin ve çeşitli olduğu gerçeğine yol açar. En çarpıcı tezahürü, çeşitli istikrarsızlık türlerinin ortaya çıkma kolaylığıdır. Plazmanın pratik uygulamasını engelleyen ciddi bir engeldir. Fizik sürekli gelişen bir bilimdir. Bu nedenle, bu engellerin zamanla ortadan kalkacağı umulabilir.elenecek.
Sıvılardaki plazma
Belirli yapı örneklerine dönersek, yoğun maddedeki plazma alt sistemlerini ele alarak başlayalım. Sıvılar arasında, her şeyden önce sıvı metaller - plazma alt sisteminin tekabül ettiği bir örnek - elektron taşıyıcıların tek bileşenli bir plazması olarak adlandırılmalıdır. Açıkçası, bizi ilgilendiren kategori, içinde her iki işaretin de iyonlarının bulunduğu elektrolit sıvılarını da içermelidir. Ancak çeşitli nedenlerle elektrolitler bu kategoriye dahil değildir. Bunlardan biri elektrolitte elektron gibi hafif, hareketli taşıyıcıların olmamasıdır. Bu nedenle, yukarıdaki plazma özellikleri çok daha zayıf olarak ifade edilir.
Kristallerdeki plazma
Kristallerdeki plazmanın özel bir adı vardır - katı hal plazma. İyonik kristallerde yükler olmasına rağmen hareketsizdirler. Bu nedenle plazma yoktur. Metallerde bunlar, tek bileşenli bir plazma oluşturan iletim elektronlarıdır. Yükü, hareketsiz (daha doğrusu uzun mesafeler hareket edemeyen) iyonların yüküyle dengelenir.
Yarı iletkenlerde plazma
Plazma fiziğinin temelleri düşünüldüğünde, yarı iletkenlerde durumun daha çeşitli olduğunu belirtmek gerekir. Kısaca karakterize edelim. İçlerine uygun safsızlıklar eklenirse, bu maddelerde tek bileşenli bir plazma ortaya çıkabilir. Safsızlıklar elektronları (vericileri) kolayca bağışlarsa, n-tipi taşıyıcılar ortaya çıkar - elektronlar. Safsızlıklar, aksine, elektronları (alıcıları) kolayca alırsa, p-tipi taşıyıcılar ortaya çıkar.- pozitif yüklü parçacıklar gibi davranan delikler (elektron dağılımındaki boş yerler). Elektronlar ve deliklerden oluşan iki bileşenli bir plazma, yarı iletkenlerde daha da basit bir şekilde ortaya çıkar. Örneğin, elektronları değerlik bandından iletim bandına atan ışık pompalamasının etkisi altında ortaya çıkar. Belirli koşullar altında, birbirine çekilen elektronların ve deliklerin bir hidrojen atomuna benzer bir bağlı durum oluşturabileceğini not ediyoruz - bir eksiton ve eğer pompalama yoğunsa ve eksitonların yoğunluğu yüksekse, o zaman bir araya gelirler ve bir damla oluştururlar. elektron deliği sıvısı. Bazen böyle bir durum maddenin yeni hali olarak kabul edilir.
Gaz iyonizasyonu
Yukarıdaki örnekler, plazma durumunun özel durumlarına atıfta bulunur ve saf haliyle plazmaya iyonize gaz denir. Birçok faktör iyonlaşmasına yol açabilir: elektrik alanı (gaz deşarjı, fırtına), ışık akısı (fotoiyonizasyon), hızlı parçacıklar (radyoaktif kaynaklardan radyasyon, yükseklikle iyonlaşma derecesini artırarak keşfedilen kozmik ışınlar). Ancak asıl faktör gazın ısınmasıdır (termal iyonizasyon). Bu durumda, bir elektronun bir atomdan ayrılması, yüksek sıcaklıktan dolayı yeterli kinetik enerjiye sahip olan başka bir gaz parçacığının ikincisi ile çarpışmaya yol açar.
Yüksek ve düşük sıcaklıklı plazma
Düşük sıcaklıklı plazmanın fiziği, neredeyse her gün karşılaştığımız şeydir. Böyle bir duruma örnek olarak alevler,gaz deşarjı ve yıldırımdaki madde, çeşitli soğuk uzay plazması türleri (gezegenlerin ve yıldızların iyono- ve manyetosferleri), çeşitli teknik cihazlarda (MHD jeneratörleri, plazma motorları, brülörler, vb.) çalışma maddesi. Yüksek sıcaklıklı plazma örnekleri, kontrollü termonükleer füzyon tesislerinde (tokamaklar, lazer cihazları, ışın cihazları vb.) çalışan madde olan erken çocukluk ve yaşlılık hariç, evrimlerinin tüm aşamalarındaki yıldızlar meselesidir.
Maddenin dördüncü hali
Bir buçuk yüzyıl önce, birçok fizikçi ve kimyager maddenin sadece moleküllerden ve atomlardan oluştuğuna inanıyordu. Tamamen düzensiz veya az ya da çok düzenli kombinasyonlar halinde birleştirilirler. Gaz, sıvı ve katı olmak üzere üç faz olduğuna inanılıyordu. Maddeler onları dış koşulların etkisi altında kabul eder.
Ancak şu anda maddenin 4 hali olduğunu söyleyebiliriz. Dördüncüsü, yeni olarak kabul edilebilecek plazmadır. Yoğunlaştırılmış (katı ve sıvı) hallerden farkı, bir gaz gibi, sadece kesme elastikiyetine değil, aynı zamanda sabit bir hacme sahip olması gerçeğinde yatmaktadır. Öte yandan, bir plazmanın yoğunlaştırılmış bir durumla ortak noktası, kısa menzilli düzenin varlığıdır, yani, belirli bir plazma yüküne bitişik parçacıkların pozisyonları ve bileşiminin korelasyonu. Bu durumda, böyle bir korelasyon moleküller arası değil, Coulomb kuvvetleri tarafından üretilir: belirli bir yük, kendisiyle aynı adı taşıyan yükleri iter ve karşıt olanları çeker.
Plazma fiziği tarafımızdan kısaca incelenmiştir. Bu konu oldukça hacimli olduğu için sadece temellerini ortaya koyduğumuzu söyleyebiliriz. Plazma fiziği kesinlikle daha fazla düşünülmeyi hak ediyor.
