Довгий шлях вів людини до пізнання плазми, до її використання в різних галузях техніки. Коли ж наука і техніка включили плазму в сферу своєї уваги, зростання знань про неї та її практичне застосування пішли семимильними кроками. Тут і виникли плазмохімії і плазмохімічноїтехнологія.
У сучасному світі плазма набуває масовості і актуальність. На вивчення основ плазми відкрито багато приладів і пристосувань, які застосовуються в різних галузях техніки.
Даною дослідницькою роботою я зайнявся, бо у мене викликало інтерес ще маловивчене в сучасному світі четвертий стан речовини - плазма.
1) Вивчити, як ведуться вивчення плазми в сучасному науковому товаристві.
2) Що несе нам в майбутньому вивчення плазмових явищ.
3) На основі моїх досліджень, показати, що подальше вивчення четвертого стану речовини може відкрити величезний і неймовірний шлях в освоєнні космосу.
Ідея роботи: на основі проведених мною досліджень, показати яку роль відіграє плазма в сучасному світі, показати її актуальність. Дати зрозуміле визначення плазми. Розповісти про методи досліджень плазмових явищ в наш час.
В ході моїх досліджень, я використовував наступні методи досліджень:
1) Створення нових теорій на основі вивчення плазмових явищ і її закономірностей.
2) Відтворити деякі види (стану) плазми на практиці.
Отримані результати моїх досліджень дозволили зробити висновки про те,
що плазма залишається маловивченою в сучасному світі, але вже набуває актуальності і масовість. У сучасному науковому товаристві знаходиться все більше людей, які починають досліджувати плазму. На основі вивчення плазмових явищ, можна відкрити вікно в майбутнє вивчення космосу.
Неретін Володимир Костянтинович
Краснодарський край, Павловський район, ст. Павловська
муніципальне автономне загальноосвітній заклад
середня освітня школа №2
Довгий шлях вів людини до пізнання плазми, до її використання в різних галузях техніки. Коли ж наука і техніка включили плазму в сферу своєї уваги, зростання знань про неї та її практичне застосування пішли семимильними кроками. Тут і виникли плазмохімії і плазмохімічноїтехнологія.
Плазма являє собою стан речовини, найбільш поширене в космосі і що володіє дуже цікавими властивостями, які знаходять все більш широке застосування в розробках, присвячених великим проблемам сучасної техніки. Наприклад, Сонце і зірки є прикладами високотемпературної плазми.
Але що являє собою плазма? Як людство в майбутньому розпорядиться цим дивовижним даром? Про це я розповім у своїй дослідницькій роботі.
Історія відкриття плазми
Четверте стан матерії було відкрито У. Круксом (рис. 1, Додаток ст. I) в 1879 році і названо «плазмою» І. Ленгмюром (рис. 2, Додаток ст. I) в 1928 році можливе через асоціації з четвертим станом речовини (плазми) з плазмою крові.
І. Ленгмюр писав: «За винятком простір близько електродів, де виявляється невелика кількість електронів, іонізований газ містить електрони і іони практично в однакових кількостях, в результаті чого сумарний заряд системи дуже малий. Ми використовуємо термін «плазма», що б описати цю в цілому електрично нейтральну область, що складається з іонів і електронів ». [Арцимовіч Л.А. «Елементарна фізика плазми»].
Газ переходить в стан плазми, якщо деякі з складових його атомів (молекул) з якої-небудь причини втратили одного або декількох електронів, тобто перетворилися в позитивні іони. У деяких випадках в плазмі в результаті «прилипання» електронів до нейтральних атомів можуть виникати і негативні іони.
Якщо в газі не залишається нейтральних частинок, плазма називається повністю іонізованої. Плазма підпорядковується газовим законам і у багатьох відношеннях поводиться як газ. Разом з тим, поведінка плазми в ряді випадків, особливо при впливі на неї електричних і магнітних полів, виявляється настільки незвичайним, що про неї часто говорять як про новий четвертому стані речовини.
Нехай в замкнутому посудині, зробленій з дуже тугоплавкого матеріалу, знаходитися невелика кількість якого-небудь речовини. Почнемо підігрівати посудину, поступово підвищуючи його температуру.
Якщо спочатку речовина, що міститься в посудині, було в твердому стані, то в певний момент воно почне плавитися, а при ще більш високій температурі випарується, і утворився газ рівномірно заповнить весь обсяг. Коли температура досягне досить високого рівня, всі молекули газу (якщо це молекулярний газ) дисоціюють, тобто розпадуться на окремі атоми.
В результаті в посудині буде міститися газоподібна суміш елементів, з яких складається речовина. Атоми цих елементів будуть швидко і безладно, випробовуючи час від часу зіткнення між собою. Середня швидкість хаотичного теплового руху атомів зростає пропорційно квадратному кореню з абсолютної температури газу. Вона тим більше, чим легше газ, тобто чим менше атомний вага речовини.
Фазовим станом більшої частини речовини у Всесвіті є плазма. Все міжзоряний простір і навіть зірки заповнені плазмою, хоча і дуже розрідженій.
У приклад можна привести планету Юпітер, зосереджені в собі більшу частину речовини Сонячної системи, що знаходиться в «неплазменном» стані. При цьому маса Юпітера складає всього близько 0,1% від маси Сонячної системи, а обсяг ще менше - всього 10 -15%. Найдрібніші частинки пилу, що заповнюють космічний простір і несуть на собі певний електричний заряд, в сукупності можуть бути розглянуті як плазма, що складається з надважких заряджених частинок.
У цій таблиці представлені найбільш поширені форми плазми:
Штучно створена плазма (Додаток ст. III)
Досягнення вчених в області дослідження плазми
Рекордне значення було досягнуто на спеціальній лабораторній установці Z machine (рис. 5а, 5б, 5в, Додаток ст. VI), що представляє собою особливий прискорювач елементарних частинок і потужний генератор рентгенівського випромінювання, який був створений для моделювання умов ядерного вибуху. Зазвичай для отримання високотемпературної плазми в установці пропускали сверхкороткие імпульси електричного струму силою 20 млн. Ампер через найтонші зволікання з вольфраму. У проведеному експерименті замість вольфраму використовувалася сталь, і саме з цим вчені намагаються пов'язати результат.
Для порівняння температура внутрішніх областей Сонця становить приблизно 15 млн. Градусів, а температура, яку вдавалося досягти при експериментах по ТЗ, не перевищувала 500 млн. Градусів. [І.А. Котельников, Г.В. Ступаков - Лекції з фізики плазми, навчальний посібник для студентів третього курсу фізичного НГУ].
- Найбільш прості способи отримання плазми
Хід проведення досвіду:
- З початку я вийняв з СВЧ печі скляне блюдо, на якому обертаються продукти при розігріві.
- Потім в центральний отвір Мікрохвильовий печі я вставив лучинку і запалив її.
- Після цього я накрив лучинку скляною банкою, потім закрив СВЧ піч, включив її, встановивши функцію нагріву продуктів.
- Після деякої кількості часу можна побачити, як в скляній банці з запаленою лучиною утворюється плазма.
Висновок: завдяки цьому простому досвіду можна побачити, як іонізується газ під дією температури і тим самим виходить частково іонізована плазма.
- Отримання дугового розряду від трансформатора Тесли, побудованого на пентоді ГУ-81 М
Як відомо низькотемпературну газорозрядну плазму можна отримати при искровом, дуговом і тліючому розрядах. Але я вирішив зупинитися детальніше на отриманні низькотемпературної плазми з дугового розряду (рис. 6а, 6б, 6в, 6г, Додаток ст. VIII-IX). Для цього мені знадобилося наступне обладнання: пентод ГУ-81 М; 2 високочастотних керамічних конденсатора КВІ-3; МОП від СВЧ печі; діод; поліетиленова труба; мідні дроти діаметром 1-1.5мм, 0.16мм і 0.5мм; розрядний термінал у вигляді металевого штиря; фанера.
Хід виконання досвіду:
Сам пристрій являє собою потужний високочастотний автогенератор, виконаний на потужному прямонакальном пентоді ГУ-81М, коливальний контур якого индуктивно пов'язаний з вторинним контуром, налаштованим в резонанс.
Конденсатор С2 задає частоту генератора. При цьому його значенні частота становить близько 400 кГц. Цей конденсатор обов'язково повинен бути високочастотним керамічним (КВІ-2, КВІ-3, К15У-1), інші типи не підходять! Робоча напруга конденсатора має бути не менше 10 кВ.
У мене стоять 2 паралельно з'єднаних конденсатора КВІ-3 на 16 кВ, ємністю 470 пФ кожен, при цьому вони сильно гріються при тривалій роботі.
Харчується генератор від мотатися (трансформатор СВЧ печі), до якого підключений подвоювач на конденсаторі С1 і діод VD1. На виході виходить напруга близько 5 КВ, яке просідає під навантаженням до 4 КВ.
Вся конструкція зібрана на основі з фанери. Первинна обмотка L1 і обмотка зворотного зв'язку L2 намотані на каркасі з поліетиленової труби діаметром 11 см і висотою 16 см. Первинна обмотка L1 намотується першої і знаходиться внизу. Вона містить 35 витків мідного дроту діаметром 1-1,5 мм і намотується виток до витка. Обмотка зворотного L2 зв'язку намотується вище на відстані від первинної обмотки не менше 2 см, щоб уникнути пробою, і містить 22 витка 0,5 мм дроти, намотування також виток до витка. Вторинна обмотка L3 намотана на трубі діаметром 5,5 см і заввишки 40 см проводом 0,16 мм. Нагорі вторинної обмотки необхідно встановити розрядний термінал у вигляді металевого штиря.
Спочатку включають напруження лампи, і тільки через 10 секунд подають анодное. Підносять до вторинної обмотці лампу денного світла. Якщо генератор зібраний правильно, то з металевого штиря повинен бити стример довжиною не менше 15 см, а лампа денного світла повинна яскраво світитися. При відсутності генерації міняють місцями висновки обмотки L2.
Небезпеки, яких необхідно уникати:
- Щоб уникнути опіків не чіпайте іскри руками. І використовуйте тільки заземлений металевий предмет.
- Дотик до неізольованих частин генератора смертельно.
- Завжди включайте напруження лампи до подачі анодної напруги.
Висновок: завдяки проведеним мною досвіду, можна простежити, як утворюється один з видів електричного струму в газі - дугового розряд, окремого випадку існування плазми, що складається з іонізованого, електрично квазінейтральності газу.