الأوقات التي ربطنا فيها البلازما بشيء غير واقعي ، وغير مفهوم ، ورائع ، ولت منذ زمن بعيد. اليوم ، يتم استخدام هذا المفهوم بنشاط. يستخدم البلازما في الصناعة. يستخدم على نطاق واسع في هندسة الإضاءة. ومن الأمثلة على ذلك مصابيح تفريغ الغاز التي تضيء الشوارع. ولكنه موجود أيضًا في مصابيح الفلورسنت. هو أيضا في اللحام الكهربائي. بعد كل شيء ، قوس اللحام عبارة عن بلازما تم إنشاؤها بواسطة شعلة البلازما. يمكن إعطاء العديد من الأمثلة الأخرى.
فيزياء البلازما هي فرع مهم من العلوم. لذلك ، يجدر فهم المفاهيم الأساسية المتعلقة به. هذا ما خصصت له مقالتنا.
تعريف وأنواع البلازما
ما هي البلازما؟ التعريف في الفيزياء واضح تمامًا. حالة البلازما هي حالة المادة عندما يكون للأخيرة عدد كبير (يتناسب مع العدد الإجمالي للجسيمات) من الجسيمات المشحونة (الناقلات) التي يمكنها التحرك بحرية إلى حد ما داخل المادة. يمكن تمييز الأنواع الرئيسية التالية من البلازما في الفيزياء. إذا كانت الحاملات تنتمي إلى جسيمات من نفس النوع (والجسيمات ذات الشحنة المعاكسة ، التي تحيد النظام ، لا تتمتع بحرية الحركة) ، يطلق عليها مكون واحد. وإلا فهو - مكونان أو متعدد المكونات.
مميزات البلازما
إذن ، وصفنا بإيجاز مفهوم البلازما. الفيزياء علم دقيق ، لذا لا غنى عن التعريفات هنا. دعونا الآن نتحدث عن السمات الرئيسية لهذه الحالة من المادة.
خصائص البلازما في الفيزياء هي كما يلي. بادئ ذي بدء ، في هذه الحالة ، وتحت تأثير قوى كهرومغناطيسية صغيرة بالفعل ، تنشأ حركة الناقلات - تيار يتدفق بهذه الطريقة حتى تختفي هذه القوى بسبب فحص مصادرها. لذلك ، تنتقل البلازما في النهاية إلى حالة تكون فيها شبه محايدة. وبعبارة أخرى ، فإن أحجامه ، أكبر من بعض القيم المجهرية ، ليس لها شحنة. الميزة الثانية للبلازما تتعلق بالطبيعة بعيدة المدى لقوى كولوم وأمبير. يتمثل في حقيقة أن الحركات في هذه الحالة ، كقاعدة عامة ، لها طابع جماعي ، يتضمن عددًا كبيرًا من الجسيمات المشحونة. هذه هي الخصائص الأساسية للبلازما في الفيزياء. سيكون من المفيد تذكرهم
تؤدي هاتان الميزتان إلى حقيقة أن فيزياء البلازما غنية ومتنوعة بشكل غير عادي. وأبرز مظاهره هو سهولة حدوث أنواع مختلفة من عدم الاستقرار. إنها عقبة خطيرة تعوق التطبيق العملي للبلازما. الفيزياء علم يتطور باستمرار. لذلك ، يمكن أن نأمل أن بمرور الوقت هذه العقبات
البلازما في السوائل
بالانتقال إلى أمثلة محددة من الهياكل ، فلنبدأ بالنظر في أنظمة البلازما الفرعية في المادة المكثفة. من بين السوائل ، يجب أولاً تسمية المعادن السائلة - مثال يتوافق معه النظام الفرعي للبلازما - بلازما أحادية المكون من ناقلات الإلكترون. بالمعنى الدقيق للكلمة ، يجب أن تشمل الفئة التي تهمنا أيضًا سوائل الإلكتروليت التي توجد بها ناقلات - أيونات لكلتا العلامتين. ومع ذلك ، لأسباب مختلفة ، لا يتم تضمين الإلكتروليت في هذه الفئة. أحدها هو عدم وجود ناقلات خفيفة ومتحركة ، مثل الإلكترونات ، في المنحل بالكهرباء. لذلك ، يتم التعبير عن خصائص البلازما المذكورة أعلاه أضعف بكثير.
بلورات بلازما
البلازما في البلورات لها اسم خاص - بلازما الحالة الصلبة. في البلورات الأيونية ، على الرغم من وجود شحنات ، إلا أنها لا تتحرك. لذلك ، لا يوجد بلازما. في المعادن ، هذه إلكترونات موصلة تشكل بلازما مكونة من عنصر واحد. يتم تعويض شحنتها بشحنة الأيونات الثابتة (بتعبير أدق ، غير قادرة على التحرك لمسافات طويلة).
البلازما في أشباه الموصلات
بالنظر إلى أساسيات فيزياء البلازما ، تجدر الإشارة إلى أن الوضع في أشباه الموصلات أكثر تنوعًا. دعونا نصنفها بإيجاز. يمكن أن تنشأ بلازما ذات مكون واحد في هذه المواد إذا تم إدخال شوائب مناسبة فيها. إذا تبرعت الشوائب بالإلكترونات (المتبرعين) بسهولة ، تظهر ناقلات من النوع n - الإلكترونات. إذا كانت الشوائب ، على العكس من ذلك ، تزيل الإلكترونات (المتقبلات) بسهولة ، فعندئذ تنشأ ناقلات من النوع p- الثقوب (أماكن فارغة في توزيع الإلكترونات) ، والتي تتصرف مثل الجسيمات ذات الشحنة الموجبة. تتكون البلازما المكونة من عنصرين من الإلكترونات والثقوب في أشباه الموصلات بطريقة أبسط. على سبيل المثال ، يظهر تحت تأثير ضخ الضوء ، والذي يقذف الإلكترونات من شريط التكافؤ إلى نطاق التوصيل. نلاحظ أنه في ظل ظروف معينة ، يمكن للإلكترونات والثقوب التي تنجذب لبعضها البعض أن تشكل حالة مرتبطة تشبه ذرة الهيدروجين - الإكسيتون ، وإذا كان الضخ شديدًا وكثافة الإكسيتونات عالية ، فإنها تندمج معًا وتشكل قطرة من سائل ثقب الإلكترون. في بعض الأحيان تعتبر مثل هذه الحالة حالة جديدة للمادة
تأين الغاز
الأمثلة المذكورة أعلاه تشير إلى حالات خاصة من حالة البلازما ، والبلازما في صورتها النقية تسمى الغاز المتأين. يمكن أن تؤدي العديد من العوامل إلى تأينه: المجال الكهربائي (تفريغ الغاز ، العاصفة الرعدية) ، تدفق الضوء (التأين الضوئي) ، الجسيمات السريعة (الإشعاع من المصادر المشعة ، الأشعة الكونية ، التي تم اكتشافها عن طريق زيادة درجة التأين مع الارتفاع). ومع ذلك ، فإن العامل الرئيسي هو تسخين الغاز (التأين الحراري). في هذه الحالة ، يؤدي فصل الإلكترون عن الذرة إلى تصادم مع الأخير لجسيم غاز آخر ، والذي يحتوي على طاقة حركية كافية بسبب ارتفاع درجة الحرارة.
بلازما درجات الحرارة العالية والمنخفضة
فيزياء البلازما منخفضة الحرارة هي ما نتعامل معه كل يوم تقريبًا. ومن الأمثلة على هذه الحالة النيران ،مادة في تفريغ الغاز والصواعق ، أنواع مختلفة من بلازما الفضاء البارد (الغلاف الأيوني والمغناطيسي للكواكب والنجوم) ، مادة تعمل في الأجهزة التقنية المختلفة (مولدات MHD ، محركات البلازما ، الشعلات ، إلخ). من أمثلة البلازما ذات درجة الحرارة العالية مسألة النجوم في جميع مراحل تطورها ، باستثناء الطفولة المبكرة والشيخوخة ، المادة العاملة في مرافق الاندماج النووي الحراري الخاضعة للرقابة (tokamaks ، أجهزة الليزر ، أجهزة الشعاع ، إلخ).
الحالة الرابعة للمادة
منذ قرن ونصف ، اعتقد العديد من الفيزيائيين والكيميائيين أن المادة تتكون فقط من جزيئات وذرات. يتم دمجها في مجموعات إما مضطربة تمامًا أو مرتبة بشكل أو بآخر. كان يعتقد أن هناك ثلاث مراحل - الغازية والسائلة والصلبة. المواد تقبلها تحت تأثير الظروف الخارجية.
ومع ذلك ، يمكننا القول حاليًا أن هناك 4 حالات للمادة. إنها البلازما التي يمكن اعتبارها جديدة ، والرابعة. يكمن اختلافه عن الحالات المكثفة (الصلبة والسائلة) في حقيقة أنه ، مثل الغاز ، لا يتمتع بمرونة القص فحسب ، بل يحتوي أيضًا على حجم ثابت. من ناحية أخرى ، تشترك البلازما مع الحالة المكثفة في وجود ترتيب قصير المدى ، أي ارتباط مواضع وتكوين الجسيمات المجاورة لشحنة بلازما معينة. في هذه الحالة ، لا يتم إنشاء مثل هذا الارتباط بواسطة قوى كولوم: شحنة معينة تطرد الشحنات التي تحمل الاسم نفسه بنفسها وتجذب الشحنات المعاكسة.
تمت مراجعة فيزياء البلازما بإيجاز من قبلنا. هذا الموضوع ضخم للغاية ، لذا لا يسعنا إلا أن نقول إننا كشفنا عن أساسياته. تستحق فيزياء البلازما بالتأكيد مزيدًا من الدراسة.
