Что такое ионизированный газ? Кратко о плазме
Физика - очень интересная наука. В ней иногда встречаются такие понятия, о которых мы слышали, но реального представления не имеем. И сегодня, в век развития высоких технологий, всё чаще проскальзывает понятие плазмы, или, по-другому, ионизированного газа. Многие, только услышав это слово, пугаются, и даже не пытаются разузнать, что же оно означает. Но всё очень просто, и в этой статье мы расскажем, что же представляет собой ионизированный газ и какими свойствами он обладает.
Прежде чем дать вам подробную и исчерпывающую информацию, проведём краткий экскурс в историю.
История
Плазма, или четвёртое агрегатное состояние вещества, было открыто в 1879 году Уильямом Круксом в ходе экспериментов с участием вольтовой дуги. Впоследствии была создана целая наука, названная физикой плазмы. Откуда взялась целая наука и зачем она нужна? Всё дело в том, что изучение плазмы нашло огромное применение в различных областях науки и техники. Но об этом мы расскажем чуть позже. А сейчас немного о сути понятия "ионизированный газ".
Что такое плазма?
Это слово пришло в русский язык из греческого. Оно означает "оформленный", "сделанный". И это не пустые слова. Как известно, обычный газ принимает форму того сосуда, где он находится (точно так же, как вода). Именно поэтому он хаотичен и не имеет чёткой формы. Однако плазма - это совершенно другое. Не зря ее называют четвёртым агрегатным состоянием вещества. Оно кардинально отличается от всех других состояний своими особенными свойствами. Дело в том, что все атомы, входящие в состав плазмы, имеют положительный или отрицательный заряд.
Перед тем как рассказать о том, как получают плазму и где она применяется, разберём аспекты теории физики плазмы, ведь это очень пригодится нам для дальнейшего повествования.
Теория плазмы
В школьном курсе химии очень много времени уделяют растворам и частицам, которые в них находятся. Эти заряженные частицы имеют уникальные свойства и обуславливают многие физические и химические характеристики тех или иных систем "растворённое вещество - растворитель". Однако ионы (заряженные частицы в растворе) существуют не только в водной среде.
Как выяснилось, и газ может ионизироваться и образовывать атомы с положительным или отрицательным зарядом. Произойти это может в процессе выбивания электрона из атома сторонними силами. Вылетевший электрон может также врезаться в какой-либо другой атом и "выбить" другой электрон. Но может происходить и обратная ситуация: электрон может влететь в ион и снова образовать нейтральный атом. И все эти процессы постоянно происходят в плазме. Она достаточно нестабильна в отсутствии сторонних сил, поддерживающих её.
Получают плазму в основном очень простым способом, доступным каждому из нас дома: пропусканием газа через электрическую дугу высокого напряжения. Чем больше температура дуги, тем более нагретую плазму мы получаем на выходе. Чем выше напряжение на её контактах, тем более ионизированный газ получается после.
Плазму также можно разделить на несколько видов. О том, какой бывает плазма (ионизированный газ), вы узнаете из следующего раздела.
Виды плазмы
По происхождению ионизированный газ можно разделить на искусственный и природный. С первым видом всё понятно, человек легко создаёт плазму и использует её в своих целях (например, неоновые лампы, лазеры, управляемый термоядерный синтез). А какая плазма бывает в природе? Самое известное её проявление - молнии.
К ионизированному газу также можно отнести такое явление, как северное сияние, которое имеют счастье наблюдать не все жители Земли. Также солнечный ветер, существующий в космическом пространстве, является четвёртым состоянием вещества. Если рассматривать плазму в более широком смысле, окажется, что и всё космическое пространство относится к ней.
Плазму также можно разделить по её температуре. Как известно, чем горячее газ, тем активнее в нём движение молекул и выше его энергия. Так как плазма также является газом, эти утверждения справедливы и для неё. Таким образом, отталкиваясь от того, какова температура ионизированного газа, его делят на горячий (температура миллион K и выше) и холодный (соответственно, температура меньше миллиона K).
Есть ещё один показатель - степень ионизации. Он показывает, какой процент атомов в плазме распался на ионы. По такому показателю различают высокоионизированный газ и низкоионизированный. Это также входит в одну из общепринятых классификаций.
Заключение
Плазма - не такая сложная для понимания вещь. Сложности начинаются при более глубоком её изучении. Но ведь так можно рассматривать любую вещь. Мы специально не касались математических выкладок, чтобы как можно подробнее объяснить суть этого понятия. Физика - очень интересная наука, и изучать её необходимо хотя бы потому, что она окружает нас во всём и везде. И наша статья призвана это доказать, ведь плазма везде вокруг нас, просто иногда мы не понимаем глубинной сути явлений, связанных с нею.