پلاسما (فیزیک)

Top row: both آذرخش و electric spark are everyday examples of phenomena made from plasma. تابلوی نئون could more accurately be called "plasma lights", because the light comes from the plasma inside of them. Bottom row: A گوی پلاسما، illustrating some of the more complex phenomena of a plasma, including پلاسما (فیزیک). The colors are a result of relaxation of electrons in excited states to lower energy states after they have recombined with ions. These processes emit light in a طیفcharacteristic of the gas being excited. The second image is of a plasma trail from فضاپیمای آتلانتیس during re-entry into جو زمین، as seen from the ایستگاه فضایی بین‌المللی.

 

نمونه‌ای از یک لامپ پلاسما

پلاسما یکی از چهار فاز اصلی ماده است. (سه فاز دیگر: جامد، مایع، گاز) پلاسما گاز شبه خنثایی از ذرات باردار و خنثی است که رفتار جمعی از خود ارائه می‌دهد. واژه پلاسمابه گاز یونیزه‌شده‌ای گفته می‌شود که همه یا بخش قابل توجهی از اتم‌های آن یک یا چند الکترون از دست داده و به یونهای مثبت تبدیل شده باشند. یا به گاز به شدت یونیزه‌شده‌ای که تعداد الکترون‌های آزاد آن تقریباً برابر با تعداد یون‌های مثبت آن باشد، پلاسما گفته می‌شود.

پیشینه[ویرایش]

در سال ۱۸۷۹ (میلادی) فیزیکدان انگلیسی سر ویلیام کروکس، هنگام بررسی ویژگی‌های ماده در تخلیهٔ الکتریکی، پیشنهاد کرد که نوع خاص گاز به عنوان حالت چهارم ماده نامگذاری شود.

دما در حالت پلاسما[ویرایش]

در حالت‌های جامد، مایع و گاز، دما را می‌توان از روی دامنهٔ حرکت (سرعت نوسان) ذرات سازندهٔ ماده تعریف کرد اما در حالت پلاسما، دما از روی میزان جدایش یون‌های مثبت از الکترون‌ها تعریف می‌شود.

گفته می‌شود ۹۹٪ ماده موجود در طبیعت در حالت پلاسماست. این برآورد، تخمین معقولی است از این واقعیت که ماده درون ستارگان و اتمسفر اطراف آن‌ها ابرهای گازی و نیز فضای بین ستارگان اغلب بصورت پلاسماست. در نزدیکی خود ما، هنگامی که جو زمینرا ترک می‌کنیم بلافاصله با پلاسمایی مواجه می‌شویم که شامل کمربندهای تشعشعی وان آلن و بادهای خورشیدی است. با نگاهی به زندگی پیرامونمان می‌توان نمونه‌های متنوعی از پلاسما را یافت. جرقه رعد و برق، تابش ملایم شفق قطبی، گازهای داخل یک لامپ فلورسنت یا لامپ نئون و یونش و لامپ مهتابی. مختصری که در گازهای خروجی یک موشک دیده می‌شود.

با این وجود حالت‌های غالب ماده در بخشی از جهان که ما در آن زندگی می‌کنیم جامد، مایع و گاز می‌باشند؛ بنابراین می‌توان گفت ما در ۱ درصدی از جهان زندگی می‌کنیم که در آن حالتی از ماده به جز پلاسما غلبه دارد.

انواع پلاسما[ویرایش]

 

۱. پلاسمای رسانا

۲. پلاسمای غیر رسانا

پلاسمای جو[ویرایش]

نزدیکترین پلاسما به کره زمین، یونوسفر است که از ۱۵۰ کیلومتری سطح زمین شروع می‌شود و به طرف بالا ادامه می‌یابد. لایه‌های بالاتر یونسفر، سیستم‌هایی فیزیکی به فرم پلاسما هستند که توسط تابش‌های با طول موج کوتاه در طیف وسیعی از پرتوهای فرابنفش گرفته تا پرتوهای ایکس و همچنین پرتوهای کیهانی و الکترون‌هایی که به گلنونسفر برخورد می‌کنند، یونیزه می‌شوند.

شفق قطبی[ویرایش]

پدیده شفق شمالی نیز گونه‌ای پلاسما است که تحت اثر یونیده‌شدن ذرات باردار به دام افتاده در میدان مغناطیسی زمین ایجاد می‌شود. یونسفر پلاسمایی با قابلیت جذب پرتوهای ایکس، فرابنفش، تابش خورشیدی، بازتاب امواج کوتاه و رادیویی اهمیت اساسی در ارتباط رادیویی در سراسر جهان دارد. زهره و مریخ نیز لایه یونسفری دارند.

سیاره‌ها[ویرایش]

ملاحظات نظری نشان می‌دهد که در دیگر سیاره‌های منظومه شمسی نظیر مشتری، زحل، اورانوس و نپتون نیز باید یونسفرهای قابل مشاهده وجود داشته باشد. فضای بین سیاره‌ای نیز از پلاسمای بین سیاره‌ای در حال انبساط پر شده که دربرگیرندهٔ یک میدان مغناطیسی ضعیف (نزدیک به ۵۱۰۰ تسلا) است.

هسته‌های دنباله‌دارها[ویرایش]

هسته‌های دنباله‌دارها نیز به فضای میان پلاسمایی پرتاب می‌شوند. از طرف دیگر، خورشید منظومه شمسی مانند یک کره پلاسمایی است. درخشندگی زیاد خورشید مانند درخشندگی پلاسمایی است. خورشید به سه بخش گازی فتوسفر، کروموسفر و کورونا (که دمای کرونای آن بیش از یک میلیون درجه سانتی‌گراد است) تشکیل شده است و انتظار می‌رود که هزاران سال به درخشندگی خود ادامه بدهد.

 

جرقه رعد و برق، نمونه‌ای از پلاسما در زندگی روزمره

کاربردهای فیزیک پلاسما[ویرایش]

قدیمیترین کار با پلاسما، مربوط به لانگمیر، تانکس و همکاران آن‌ها در سال ۱۹۲۰ می‌شود. تحقیقات در این مورد به سبب نیاز برای توسعه لوله‌های خلأئی که بتوانند جریانهای قوی را حمل کنند، و در نتیجه می‌بایست از گازهای یونیده‌شده پر شوند، احساس می‌شد.

فیزیک فضا[ویرایش]

کاربرد مهم دیگر فیزیک پلاسما مطالعه فضای اطراف زمین است. جریان پیوسته‌ای از ذرات باردار که باد خورشیدی خوانده می‌شود، به مگنتوسفر زمین برخورد می‌کند. درون و جو ستارگان آن قدر داغ هستند که می‌توانند در حالت پلاسما باشند.

تبدیل انرژی مگنتو هیدرو دینامیک (MHD) و پیشرانش یونی[ویرایش]

دو کاربرد عملی فیزیک پلاسما در تبدیل انرژی مگنتو هیدرو دینامیک، از یک فواره غلیظ پلاسما که به داخل یک میدان مغناطیسی پیش‌رانده می‌شود، است.

پلاسمای حالت جامد[ویرایش]

الکترون‌های آزاد و حفره‌ها در نیمه رساناها، پلاسمایی را تشکیل می‌دهند که همان نوع نوسانات و ناپایداری‌های یک پلاسمای گازی را دارد.

لیزرهای گازی[ویرایش]

عادی‌ترین پمپش (تلمبه کردن) یک لیزر گازی، یعنی وارونه‌سازی جمعیت حالت‌هایی که منجر به تقویت نور می‌شود، تخلیه گازی است.

دیگر کاربردها[ویرایش]

• چاقوی پلاسما
• تلویزیون پلاسما
• تفنگ الکترونی
• لامپ پلاسما
• صنایع پزشکی
• رآکتورهای هسته‌ای
• صنایع نظامی