I tempi in cui associavamo il plasma a qualcosa di irreale, incomprensibile, fantastico, sono lontani. Oggi questo concetto viene utilizzato attivamente. Il plasma è usato nell'industria. È più ampiamente utilizzato nell'ingegneria dell'illuminazione. Un esempio sono le lampade a scarica di gas che illuminano le strade. Ma è presente anche nelle lampade fluorescenti. È anche in saldatura elettrica. Dopotutto, l'arco di saldatura è un plasma generato da una torcia al plasma. Si potrebbero fare molti altri esempi.
La fisica del plasma è una branca importante della scienza. Pertanto, vale la pena comprendere i concetti di base ad esso correlati. Questo è ciò a cui è dedicato il nostro articolo.
Definizione e tipi di plasma
Cos'è il plasma? La definizione in fisica è abbastanza chiara. Uno stato plasmatico è un tale stato della materia quando quest'ultimo ha un numero significativo (commisurato al numero totale di particelle) di particelle cariche (carrier) che possono muoversi più o meno liberamente all'interno della sostanza. Si possono distinguere i seguenti tipi principali di plasma in fisica. Se i vettori appartengono a particelle dello stesso tipo (eparticelle di carica opposta, neutralizzando il sistema, non hanno libertà di movimento), è chiamato monocomponente. In caso contrario, è - a due o più componenti.
Caratteristiche plasma
Quindi, abbiamo brevemente descritto il concetto di plasma. La fisica è una scienza esatta, quindi le definizioni sono indispensabili qui. Parliamo ora delle caratteristiche principali di questo stato della materia.
Le proprietà del plasma in fisica sono le seguenti. Prima di tutto, in questo stato, sotto l'azione di forze elettromagnetiche già piccole, si verifica il movimento dei portatori - una corrente che scorre in questo modo fino a quando queste forze scompaiono a causa della schermatura delle loro sorgenti. Pertanto, il plasma alla fine passa in uno stato in cui è quasi neutro. In altre parole, i suoi volumi, maggiori di un valore microscopico, hanno carica zero. La seconda caratteristica del plasma è legata alla natura a lungo raggio delle forze di Coulomb e Ampère. Consiste nel fatto che i movimenti in questo stato, di regola, hanno un carattere collettivo, coinvolgendo un gran numero di particelle cariche. Queste sono le proprietà di base del plasma in fisica. Sarebbe utile ricordarli.
Entrambe queste caratteristiche portano al fatto che la fisica del plasma è insolitamente ricca e diversificata. La sua manifestazione più sorprendente è la facilità di insorgenza di vari tipi di instabilità. Sono un serio ostacolo all'applicazione pratica del plasma. La fisica è una scienza in continua evoluzione. Pertanto, si può sperare che nel tempo questi ostacolisarà eliminato.
Plasma nei liquidi
Passando ad esempi specifici di strutture, iniziamo con la considerazione dei sottosistemi di plasma nella materia condensata. Tra i liquidi, si dovrebbe prima di tutto nominare i metalli liquidi - un esempio a cui corrisponde il sottosistema del plasma - un plasma monocomponente di portatori di elettroni. A rigor di termini, la categoria di nostro interesse dovrebbe includere anche i liquidi elettrolitici in cui sono presenti portatori - ioni di entrambi i segni. Tuttavia, per vari motivi, gli elettroliti non sono inclusi in questa categoria. Uno di questi è che non ci sono luce, vettori mobili, come gli elettroni, nell'elettrolita. Pertanto, le proprietà del plasma di cui sopra sono espresse molto più deboli.
Plasma in cristalli
Il plasma nei cristalli ha un nome speciale: plasma allo stato solido. Nei cristalli ionici, sebbene ci siano cariche, sono immobili. Pertanto, non c'è plasma. Nei metalli, questi sono elettroni di conduzione che costituiscono un plasma monocomponente. La sua carica è compensata dalla carica di ioni immobili (più precisamente, incapaci di spostarsi su lunghe distanze).
Plasma nei semiconduttori
Considerando le basi della fisica del plasma, va notato che la situazione nei semiconduttori è più diversificata. Descriviamolo brevemente. Se vengono introdotte impurità appropriate in queste sostanze, può formarsi un plasma monocomponente in queste sostanze. Se le impurità donano facilmente elettroni (donatori), compaiono portatori di tipo n: elettroni. Se le impurità, al contrario, portano via facilmente gli elettroni (accettori), sorgono portatori di tipo p- buchi (luoghi vuoti nella distribuzione degli elettroni), che si comportano come particelle con carica positiva. Un plasma a due componenti formato da elettroni e lacune si forma nei semiconduttori in un modo ancora più semplice. Ad esempio, appare sotto l'azione del pompaggio della luce, che lancia elettroni dalla banda di valenza nella banda di conduzione. Notiamo che in determinate condizioni, elettroni e lacune attratti l'uno dall' altro possono formare uno stato legato simile a un atomo di idrogeno - un eccitone, e se il pompaggio è intenso e la densità degli eccitoni è alta, si fondono insieme e formano una goccia di liquido elettrone-lacuna. A volte un tale stato è considerato un nuovo stato della materia.
Ionizzazione del gas
Gli esempi precedenti si riferivano a casi speciali dello stato del plasma, e il plasma nella sua forma pura è chiamato gas ionizzato. Molti fattori possono portare alla sua ionizzazione: campo elettrico (scarica di gas, temporale), flusso luminoso (fotoionizzazione), particelle veloci (radiazioni da sorgenti radioattive, raggi cosmici, che sono stati scoperti aumentando il grado di ionizzazione con l' altezza). Tuttavia, il fattore principale è il riscaldamento del gas (ionizzazione termica). In questo caso, la separazione di un elettrone da un atomo porta ad una collisione con quest'ultimo di un' altra particella di gas, che ha sufficiente energia cinetica a causa dell'elevata temperatura.
Plasma ad alta e bassa temperatura
La fisica del plasma a bassa temperatura è ciò con cui entriamo in contatto quasi ogni giorno. Esempi di tale stato sono le fiamme,sostanza in una scarica di gas e fulmini, vari tipi di plasma nello spazio freddo (iono e magnetosfere di pianeti e stelle), sostanza funzionante in vari dispositivi tecnici (generatori MHD, motori al plasma, bruciatori, ecc.). Esempi di plasma ad alta temperatura sono la materia delle stelle in tutte le fasi della loro evoluzione, ad eccezione della prima infanzia e della vecchiaia, la sostanza di lavoro negli impianti di fusione termonucleare controllata (tokamak, dispositivi laser, dispositivi a raggio, ecc.).
Il quarto stato della materia
Un secolo e mezzo fa, molti fisici e chimici credevano che la materia fosse costituita solo da molecole e atomi. Sono combinati in combinazioni o completamente disordinate o più o meno ordinate. Si credeva che ci fossero tre fasi: gassosa, liquida e solida. Le sostanze le accettano sotto l'influenza di condizioni esterne.
Tuttavia, attualmente possiamo dire che ci sono 4 stati della materia. È il plasma che può essere considerato nuovo, il quarto. La sua differenza rispetto agli stati condensati (solido e liquido) sta nel fatto che, come un gas, non ha solo elasticità al taglio, ma anche un volume fisso. D' altra parte, un plasma ha in comune con uno stato condensato la presenza di un ordine a corto raggio, cioè la correlazione delle posizioni e della composizione delle particelle adiacenti a una data carica di plasma. In questo caso, tale correlazione è generata non da forze intermolecolari, ma da forze di Coulomb: una data carica respinge con se stessa le cariche omonime e attrae quelle opposte.
La fisica del plasma è stata brevemente esaminata da noi. Questo argomento è piuttosto voluminoso, quindi possiamo solo dire di averne svelato le basi. La fisica del plasma merita certamente un'ulteriore considerazione.
