Plasma

پلاسما: حالت چهارم ماده

پلاسما ماده ای است که اغلب به عنوان یک زیر مجموعه ای از گازها شناخته می شود، اما به دو حالت بسیار متفاوت عمل می کنند. پلاسما مانند گازها هیچ شکل یا حجم ثابتی ندارد و از جامدات و یا مایعات متراکم تر می باشد. اما بر خلاف گازهای معمولی، پلاسما از اتم هایی تشکیل شده است که در آن برخی یا همه الکترون ها از بین رفته اند و هسته ای با بار مثبت، به نام یون ها، در آن آزادانه سرگردان هستند. Xuedong Hu، استاد فیزیک دانشگاه Buffalo گفت: 《گاز از مولکول ها و اتم های خنثی ساخته شده است.》 به این معنی که تعداد الکترون های با بار منفی با تعداد پروتون های با بار مثبت برابر می باشد.

Hu در مصاحبه با Live Science گفت:《پلاسما یک گاز باردار با فعل و انفعالات کولن قوی می باشد.》اتم ها یا مولکول ها وقتی که الکترون ها را می گیرند یا از دست می دهند، می توانند یک بار الکتریکی مثبت یا منفی بگیرند. این فرایند یونیزاسیون نامیده می شود. پلاسما خورشید و ستاره ها را تشکیل می دهد و این حالت رایج ترین ماده در جهان است.

ذرات باردار

یک گاز معمولی مانند نیتروژن یا سولفید هیدروژن، از مولکول هایی تشکیل شده است که دارای بار صفر خالص هستند و به طور کلی حجم گاز را یک بار صفر خالص در بر می گیرد. پلاسما، که از ذرات باردار ساخته شده است، ممکن است یک بار صفر خالص بیش از کل حجم خود داشته باشد (نه در سطح ذرات فردی بلکه در کل حجم خود).


بیشتر بخوانید: موادى كه به درون سياهچاله ها كشيده مى شوند؛ ممكن است به آينده سفر كنند


به این معنی است که نیروهای الکترواستاتیک بین ذرات و تاثیر میدان مغناطیسی در پلاسما قابل توجه و چشمگیر هستند. پلاسما از ذرات باردار ساخته شده اند و می تواند کارهایی را انجام دهد که گازها نمی توانند انجام دهند مانند هدایت برق. و از آنجا که جابجایی بارها باعث ایجاد میدان مغناطیسی می شود، پلاسما نیز می تواند آن ها را داشته باشد. در یک گاز معمولی، تمام ذرات تقریباََ به همین شیوه عمل خواهند کرد.

بنابراین اگر شما گازی را که در یک ظرف قرار دارد را از دمای اتاق به دما سردی برسانیم، تمام مولکول در داخل به طور متوسط ​​با یک سرعت مشخصی حرکت می کنند و اگر تعداد زیادی از این ذرات را اندازه گیری می کردید، می توانستید یک منحنی توزیع با تعداد زیادی از این ذرات که با سرعت متوسط (تعداد کمی از آن ها با سرعت بالا و پائین) حرکت می کنند، به وجود بیاورید. این موضوع به این دلیل است که در یک گاز، مولکول ها مانند توپ های بیلیارد، به یکدیگر ضربه وارد می کنند و انرژی را بین خودشان انتقال می دهند.

این اتفاق در پلاسما به خصوص در میدان الکتریکی یا مغناطیسی رخ نمی دهد. یک میدان مغناطیسی می تواند یک گروه از ذرات بسیار سریع ایجاد کند. اکثر پلاسماها به اندازه کافی متراکم نیستند، زیرا اغلب ذرات به یکدیگر برخورد می کنند، بنابراین فعل و انفعالات مغناطیسی و الکترواستاتیک خود را در این موضوع مهم تر جلوه می دهند. در مورد فعل و انفعالات الکترواستاتیک، چون ذرات در یک پلاسما (الکترون و یون) می توانند از طریق الکتریسیته و مغناطیسی با یکدیگر در فاصله بسیار بیشتری از یک گاز معمولی تعامل داشته باشند. که به نوبه خود به معنی امواج می باشد و در هنگام بحث در مورد اتفاقی که در پلاسما اتفاق می افتد مهم تر می شود.

یکی از این موج ها یک موجی به نام Alfvén می باشد که به نام یک فیزیکدان سوئدی و برنده جایزه نوبل،Hannes Alfvén، گذاشته شده است. یک موج Alfvén زمانی شکل می گیرد که میدان مغناطیسی در یک پلاسما مختل شود و در این هنگام موج جدیدی ایجاد می شود که در امتداد خطوط میدان حرکت می کند.


بیشتر بخوانید: هسته هاى نوترونى و پاستا شكل مستحكم ترين مواد جهان هستند


در گازهای عادی مشابه این اتفاق وجود ندارد. امواج Alfvén ممکن است نتیجه دمای کورونا خورشیدی باشند (یک نمونه ای از پلاسما) که میلیون ها درجه است، در حالی که سطح این امواج تنها هزاران درجه می باشد. یکی دیگر از ویژگی های پلاسما این است که آنها می توانند توسط میدان های مغناطیسی نگهداری شوند.

یک تحقیقی در مورد قدرت مورد نیاز برای ادغام امواج بیشتر، متمرکز می باشد. برای ایجاد این شرایط برای همجوشی، نیاز به پلاسما بسیار گرم در میلیون ها درجه می باشد. از آن جا که هیچ ماده ای نمی تواند این ویژگی را داشته باشد، دانشمندان و مهندسان برای انجام این کار از میدان مغناطیسی کمک گرفتند.

پلاسما در عمل

یکی از مکان هایی که پلاسما در عمل دیده می شود؛ یک لامپ فلورسنت یا تابلو نئونی است. در این موارد یک گاز (نئون برای تابلو نئونی) تحت ولتاژ بالا قرار می گیرد و الکترون ها هم از اتم های گاز جدا می شوند یا به سطوح بالاتر انرژی منتقل می شوند. گاز داخل لامپ به یک پلاسمای رسانا تبدیل می شود. الکترون های برانگیخته که به سطح انرژی قبلی خود رسیدند، فوتون ها (همان نوری که تابلو نئونی یا لامپ های فلئورسنت می بینیم) را منتشر می کنند. تلویزیون های پلاسمایی به همین شیوه عمل می کنند.

یک گاز (معمولاََ آرگون، نئون یا زنون) به یک شکاف مهر و موم بین دو پانل شیشه تزریق می شود. جریان الکتریسیته از طریق گاز عبور می کند و جریان می یابد، که باعث درخشش آن می شود. طبق گفته eBay، پلاسما به صورت فسفر های قرمز، سبز و آبی برانگیخته می شود که ترکیبی از رنگ های خاصی را نشر می دهد.


بیشتر بخوانید: رمزگشايى ماده و پاد ماده در سرآغاز جهان هستى


استفاده دیگر از پلاسما در کره های پلاسما است که مملو از مخلوط گاز نجیب هستند که رنگ های “رعد و برق” را درون آنها تولید می شود زمانی که جریان الکتریکی گاز را یونیزه می کنند. مثال دیگری از پلاسما در شفق ها می باشد که قطب ها را محاصره می کنند وقتی که خورشید فعال و تابان است. باد خورشیدی یک جریان از ذرات باردار (بیشتر پروتون ها) می باشد که به میدان مغناطیسی زمین ضربه وارد می کند.

این ذرات باردار، خطوط میدان مغناطیسی زمین را دنبال می کنند و به سمت قطبین حرکت می کنند، جایی که این ذرات باردار با اتم های برانگیخته هوا (اغلب اکسیژن و نیتروژن) برخورد می کنند. مانند یک تابلو نئون، اتم های نیتروژن و اکسیژن برانگیخته شده و نور منتشر می کنند.

پلاسما: حالت چهارم ماده
۵ (۱۰۰%) ۱ vote