Четвертий агрегатний стан речовини, лабораторія космічних досліджень

Четвертий агрегатний стан речовини, лабораторія космічних досліджень

Всім, я думаю, відомо 3 основних агрегатних стану речовини: рідке, тверде й газоподібне. Ми стикаємося з цими станами речовини кожен день і всюди. Найчастіше їх розглядають на прикладі води. Рідкий стан води найбільш звично для нас. Ми постійно п'ємо рідку воду, вона тече у нас з крана, та й самі ми на 70% складаємося з рідкої води. Друге агрегатний стан води - це звичайний лід, який взимку ми бачимо на вулиці. У газоподібному вигляді воду теж легко зустріти в повсякденному житті. У газоподібному стані вода - це, всім нам відомий, пар. Його можна побачити, коли ми, наприклад, кип'ятимо чайник. Так, саме при 100 градусах вода переходить з рідкого стану в газоподібний.

Це три звичних для нас агрегатних стану речовини. Але чи знаєте ви, що їх насправді 4? Я думаю, хоч раз кожен чув слово «плазма». А сьогодні я хочу, щоб ви ще й дізналися більше про плазму - четвертому агрегатному стані речовини.

Плазма - це частково або повністю іонізований газ з однаковою щільністю, як позитивних, так і негативних зарядів. Плазму можна отримати з газу - з 3 агрегатного стану речовини шляхом сильного нагрівання. Агрегатний стан взагалі, по суті, повністю залежить від температури. Перше агрегатний стан - це найнижча температура, при якій тіло зберігає твердість, друге агрегатний стан - це температура при якій тіло починає плавитися і ставати рідким, третє агрегатний стан - це найбільш висока температура, при ній речовина ставати газом. У кожного тіла, речовини температура переходу від одного агрегатного стану до іншого абсолютно різна, у кого-то нижче, у кого-то вище, але у всіх строго в такій послідовності. А при якій же температурі речовина ставати плазмою? Раз це четвертий стан, значить, температура переходу до нього вище, ніж у кожного попереднього. І це дійсно так. Для того, щоб іонізувати газ необхідна дуже висока температура. Сама низькотемпературна і нізкоіонізірованная (близько 1%) плазма характеризується температурою до 100 тисяч градусів. У земних умовах таку плазму можна спостерігати у вигляді блискавок. Температура каналу блискавки може перевищувати 30 тисяч градусів, що в 6 разів більше, ніж температура поверхні Сонця. До речі, Сонце і всі інші зірки - це теж плазма, частіше все-таки високотемпературна. Наука доводить, що близько 99% всього речовини Всесвіту - це плазма.

На відміну від низькотемпературної, високотемпературна плазма володіє практично 100% іонізацією і температурою до 100 мільйонів градусів. Це воістину зоряна температура. На Землі така плазма зустрічається тільки в одному випадку - для дослідів термоядерного синтезу. Контрольована реакція досить складна і енергозатратна, а ось неконтрольована досить зарекомендувала себе як зброю колосальної потужності - термоядерна бомба, випробувана СРСР 12 серпня 1953 року.

Плазму класифікують не тільки по температурі і ступеня іонізації, а й по щільності, і по квазінейтральності. Словосполучення щільність плазми зазвичай позначає щільність електронів. тобто число вільних електронів в одиниці об'єму. Ну, з цим, думаю, все зрозуміло. А ось що таке квазінейтральность знають далеко не всі. Квазінейтральность плазми - це одне з найважливіших її властивостей, що полягає в практично точній рівності щільності входять до її складу позитивних іонів і електронів. В силу гарної електричної провідності плазми поділ позитивних і негативних зарядів неможливо на відстанях великих дебаєвської довжини і часи великих періоду плазмових коливань. Майже вся плазма квазінейтральності. Прикладом неквазінейтральной плазми є пучок електронів. Однак густину не-нейтральних плазм повинна бути дуже мала, інакше вони швидко розпадуться за рахунок кулонівського відштовхування.

Ми зовсім мало розглянули земних прикладів плазми. Але ж їх досить багато. Людина навчилася застосовувати плазму собі на благо. Завдяки четвертому агрегатному стані речовини ми можемо користуватися газорозрядними лампами, плазмовими телевізорами, дугового електрозварювання, лазерами. Звичайні газорозрядні лампи денного світла - це теж плазма. Існує в нашому світі також плазмова лампа. Її в основному використовують в науці, щоб вивчити, а головне - побачити деякі з найбільш складних плазмових явищ, включаючи філаментацію. Фотографію такої лампи можна побачити на зображенні нижче:

Четвертий агрегатний стан речовини, лабораторія космічних досліджень

Крім побутових плазмових приладів, на Землі так само часто можна бачити природне плазму. Про один з її прикладів ми вже говорили. Це блискавка. Але крім блискавок плазмовими явищами можна назвати північне сяйво, "вогні святого Ельма", іоносферу Землі і, звичайно, вогонь.

Четвертий агрегатний стан речовини, лабораторія космічних досліджень

Зауважте, і вогонь, і блискавка, і інші прояви плазми, як ми це називаємо, горять. Чим обумовлено таке яскраве випускання світла плазмою? Світіння плазми обумовлено переходом електронів з високоенергетичного стану в стан з низькою енергією послерекомбінаціі з іонами. Цей процес призводить до випромінювання зі спектром, відповідним що порушується газу. Саме тому плазма світитися.

Хотілося б так само трохи розповісти про історію плазми. Адже колись плазмою називалися лише такі речовини, як рідка складова молока і безбарвна складова крові. Все змінилося в 1879 році. Саме в той рік знаменитий англійський учений Вільям Крукс, досліджуючи електричну провідність в газах, відкрив явище плазми. Правда, назвали цей стан речовини плазмою лише в 1928. І це зробив Ірвінг Ленгмюр.

У висновку хочу сказати, що таке цікаве і загадкове явище, як кульова блискавка, про яку я не раз писала на цьому сайті, це, звичайно ж, теж плазмойд, як і звичайна блискавка. Це, мабуть, самий незвичайний плазмойд з усіх земних плазмових явищ. Адже існує близько 400 найрізноманітніших теорій на рахунок кульової блискавки, але не одна з них не була визнана воістину правильною. У лабораторних умовах схожі, але короткочасні явища вдалося отримати кількома різними способами, так що питання про природу кульової блискавки залишається відкритим.

Звичайну плазму, звичайно, теж створювали в лабораторіях. Колись це було складним, але зараз подібний експеримент не складає особливих труднощів. Раз вже плазма міцно увійшла в наш побутової арсенал, то і в лабораторіях над нею чимало експериментують.

Найцікавішим відкриттям в області плазми стали експерименти з плазмою в невагомості. Виявляється, в вакуумі плазма кристалізується. Це відбувається так: заряджені частинки плазми починають відштовхуватися один від одного, і, коли у них є обмежений обсяг, вони займають той простір, який їм відведено, розбігаючись в різні боки. Це дуже схоже на кристалічну решітку. Чи не означає це, що плазма являеться останньою ланкою між першим агрегатним станом речовини і третім? Адже вона ставати плазмою завдяки іонізації газу, а в вакуумі плазма знову ставати як би твердою. Але це тільки моє припущення.

Кристалики плазми в космосі мають також і досить дивну структуру. Цю структуру можна спостерігати і вивчати тільки в космосі, в цьому космічному вакуумі. Навіть якщо створити вакуум на Землі і помістити туди плазму, то гравітація буде просто здавлювати всю «картину», що утворюється всередині. У космосі ж кристали плазми просто злітають, утворюючи об'ємну тривимірну структуру дивної форми. Після відправлення результатів спостереження за плазмою на орбіті земним ученим, з'ясувалося, що завихрення в плазмі дивним чином повторюють структуру нашої галактики. А це означає, що в майбутньому можна буде зрозуміти, як зародилася наша галактика шляхом вивчення плазми. Нижче на фотографіях показані та сама кристалізована плазма.

Четвертий агрегатний стан речовини, лабораторія космічних досліджень

Це все, що мені б хотілося сказати на тему плазми. Сподіваюся, вона вас зацікавила і здивувала. Адже це воістину дивовижне явище, а точніше стан - 4 агрегатний стан речовини.

Валерія! Гарний матеріал. Дійсно, плазма - найбільш поширене агрегатний стан речовини у Всесвіті. З плазми складаються зірки, і міжзоряні простори в основному заповнені плазмою. Вогонь, який ми бачимо в газових комфорках і вогнищах, - це теж плазма. Але, оскільки плазма виникає в настільки різних за умовами ситуаціях, то вона сильно різниться і за своїми властивостями в різних умовах.

Ти в основному звернула увагу на відмінність в температурі плазми. Це безсумнівно так. Але властивості плазми визначаються разом з температурою ще тиском. властивостями частинок її утворюють. і концентрацією цих частинок в одиниці об'єму. Це схоже на те, що властивості ідеального газу визначаються температурою, тиском і молярною масою.

Але на відміну від газу рух плазми ще дуже сильно залежить від магнітного поля. в якому плазма рухається. Плазма може підпорядковувати собі зовнішнє поле, а може, навпаки, цілком слідувати за силовими лініями магнітного поля. У першому випадку говорять про вмороженності магнітного поля в плазму, а в другому - про вмороженності плазми в магнітне поле. Такий зв'язок з магнітним полем обумовлена ​​тим, що плазма - це набір відносно вільно рухаються заряджених частинок, в той час як газ і всі інші агрегатні стани, утворюються нейтральними атомами.

Я б запропонував тобі написати про плазму, яка викидається з поверхні Сонця і зірок. Це сонячний (зоряний) вітер і сонячні космічні промені. Напиши про ці явища. І це доповнить загальне уявлення про плазму в твоєму матеріалі. Можна написати це в окремій статті.

Крім того, ще зверну увагу на те, що коли говорять про плазмових кристалах, то порівняння з твердим тілом не зовсім правильно. Плазма не може стати твердою - це доля іншого агрегатного стану. Хоча в центрі Сонця плазма має щільність у вісім разів більшу, ніж щільність золота, проте твердістю вона не володіє. Важливим в плазмових кристалах є саме просторова впорядкованість розподілу в просторі щільності плазми. Часто на небі можна бачити впорядковані гряди хмар. Це внутрішні хвилі в атмосфері. Твердістю вони не володіють, але мають періодичну структуру. Так і плазма - в певних умовах в ній з'являється регулярна структура, подібна кристалічній структурі твердих тіл.

Звичайно, я буду виступати на семінарі, але зі своєю науково-ісследователькой роботою про оптичні явища, викликаних хімічними реакціями у верхній атмосфері. Хоча я подумую над тим, щоб написати НДР на тему плазми, але не зараз. Поки що у мене вже є пару запланованих тем, що стосуються безпосередньо астрофізики.

На рахунок ілюстрації: це досить поширена фотографія - фотографія плазмової лампи. Про плазмової лампі я теж згадала в даній статті.

Загадку подивилася. Цікаво! Дякую за посилання і за те, що прочитали мою статтю.