Thời điểm mà chúng ta gắn huyết tương với một thứ gì đó viển vông, không thể hiểu nổi, tuyệt vời, đã qua lâu rồi. Ngày nay, khái niệm này được sử dụng tích cực. Plasma được sử dụng trong công nghiệp. Nó được sử dụng rộng rãi nhất trong kỹ thuật chiếu sáng. Một ví dụ là đèn phóng điện chiếu sáng đường phố. Nhưng nó cũng có trong đèn huỳnh quang. Nó cũng có trong hàn điện. Suy cho cùng, hồ quang hàn là một tia plasma do mỏ hàn plasma tạo ra. Nhiều ví dụ khác có thể được đưa ra.
Vật lý plasma là một ngành quan trọng của khoa học. Vì vậy, nó là giá trị tìm hiểu các khái niệm cơ bản liên quan đến nó. Đây là những gì bài viết của chúng tôi dành riêng cho.
Định nghĩa và các loại huyết tương
Huyết tương là gì? Định nghĩa trong vật lý là khá rõ ràng. Trạng thái plasma là trạng thái vật chất như vậy khi trạng thái sau có một số lượng đáng kể (tương xứng với tổng số hạt) các hạt mang điện (hạt tải điện) ít nhiều có thể chuyển động tự do bên trong chất. Có thể phân biệt các loại plasma chính sau đây trong vật lý. Nếu hạt tải điện thuộc các hạt cùng loại (vàhạt mang điện tích trái dấu, trung hòa hệ, không có chuyển động tự do) nên gọi là một thành phần. Nếu không, nó là - hai hoặc nhiều thành phần.
Tính năng Plasma
Như vậy, chúng tôi đã mô tả ngắn gọn khái niệm huyết tương. Vật lý là một môn khoa học chính xác, vì vậy các định nghĩa là không thể thiếu ở đây. Bây giờ, hãy để chúng tôi nói về các đặc điểm chính của trạng thái vấn đề này.
Tính chất của plasma trong vật lý như sau. Trước hết, ở trạng thái này, dưới tác dụng của các lực điện từ vốn đã nhỏ, phát sinh chuyển động của các hạt tải điện - một dòng điện chạy theo hướng này cho đến khi các lực này biến mất do sự sàng lọc của các nguồn của chúng. Do đó, plasma cuối cùng chuyển sang trạng thái gần như trung tính. Nói cách khác, thể tích của nó, lớn hơn một giá trị hiển vi nào đó, không có điện tích. Đặc điểm thứ hai của plasma liên quan đến tính chất tầm xa của lực Coulomb và Ampère. Nó bao gồm thực tế là các chuyển động ở trạng thái này, như một quy luật, có tính chất tập thể, liên quan đến một số lượng lớn các hạt mang điện. Đây là những tính chất cơ bản của plasma trong vật lý. Sẽ rất hữu ích nếu bạn ghi nhớ chúng.
Cả hai đặc điểm này dẫn đến thực tế là vật lý plasma phong phú và đa dạng một cách bất thường. Biểu hiện nổi bật nhất của nó là dễ xảy ra các loại bất ổn. Chúng là một trở ngại nghiêm trọng cản trở ứng dụng thực tế của plasma. Vật lý là một ngành khoa học không ngừng phát triển. Vì vậy, có thể hy vọng rằng theo thời gian những trở ngại nàysẽ bị loại bỏ.
Huyết tương trong chất lỏng
Chuyển sang các ví dụ cụ thể về cấu trúc, hãy bắt đầu với việc xem xét các hệ thống con plasma trong vật chất cô đặc. Trong số các chất lỏng, trước hết người ta nên đặt tên cho các kim loại lỏng - một ví dụ mà hệ con plasma tương ứng - một plasma đơn thành phần gồm các hạt mang điện tử. Nói một cách chính xác, loại mà chúng ta quan tâm cũng nên bao gồm các chất lỏng điện phân trong đó có các chất mang - ion của cả hai dấu hiệu. Tuy nhiên, vì nhiều lý do khác nhau, chất điện giải không được đưa vào danh mục này. Một trong số đó là không có ánh sáng, hạt tải điện di động, chẳng hạn như electron, trong chất điện phân. Do đó, các đặc tính plasma ở trên được thể hiện yếu hơn nhiều.
Huyết tương trong tinh thể
Plasma trong tinh thể có một cái tên đặc biệt - huyết tương trạng thái rắn. Trong tinh thể ion, mặc dù có các điện tích nhưng chúng bất động. Do đó, không có huyết tương. Trong kim loại, đây là những electron dẫn tạo nên plasma một thành phần. Điện tích của nó được bù bằng điện tích của các ion bất động (chính xác hơn là không thể di chuyển được quãng đường dài).
Plasma trong chất bán dẫn
Xem xét các vấn đề cơ bản của vật lý plasma, cần lưu ý rằng tình hình trong chất bán dẫn đa dạng hơn. Hãy mô tả ngắn gọn đặc điểm của nó. Huyết tương một thành phần trong các chất này có thể phát sinh nếu các tạp chất thích hợp được đưa vào chúng. Nếu tạp chất dễ dàng tặng electron (cho), thì xuất hiện hạt tải điện loại n - electron. Ngược lại, nếu tạp chất dễ lấy đi các electron (chất nhận), thì hạt tải điện loại p phát sinh- các lỗ trống (những nơi trống trong sự phân bố của các electron), chúng hoạt động giống như các hạt mang điện tích dương. Plasma hai thành phần được hình thành bởi các electron và lỗ trống phát sinh trong chất bán dẫn theo một cách thậm chí còn đơn giản hơn. Ví dụ, nó xuất hiện dưới tác động của bơm ánh sáng, nó sẽ ném các điện tử từ vùng hóa trị vào vùng dẫn. Chúng ta lưu ý rằng trong những điều kiện nhất định, các electron và lỗ trống bị hút vào nhau có thể tạo thành trạng thái liên kết tương tự như nguyên tử hydro - exciton, và nếu sự bơm mạnh và mật độ của exciton cao, thì chúng sẽ hợp nhất với nhau và tạo thành một giọt của chất lỏng lỗ trống electron. Đôi khi trạng thái như vậy được coi là trạng thái mới của vật chất.
Ion hóa khí
Các ví dụ trên đề cập đến các trường hợp đặc biệt của trạng thái plasma, và plasma ở dạng tinh khiết của nó được gọi là khí ion hóa. Nhiều yếu tố có thể dẫn đến sự ion hóa của nó: điện trường (phóng điện khí, giông bão), thông lượng ánh sáng (quang hóa), các hạt nhanh (bức xạ từ nguồn phóng xạ, tia vũ trụ, được phát hiện bằng cách tăng mức độ ion hóa theo độ cao). Tuy nhiên, yếu tố chính là sự đốt nóng của khí (ion hóa nhiệt). Trong trường hợp này, sự tách electron khỏi nguyên tử dẫn đến va chạm với hạt sau của một hạt khí khác, hạt có đủ động năng do nhiệt độ cao.
Plasma nhiệt độ cao và thấp
Vật lý của plasma nhiệt độ thấp là thứ mà chúng ta tiếp xúc gần như hàng ngày. Ví dụ về trạng thái như vậy là ngọn lửa,chất trong phóng điện khí và sét, các loại plasma không gian lạnh khác nhau (iono- và từ cầu của các hành tinh và ngôi sao), chất hoạt động trong các thiết bị kỹ thuật khác nhau (máy phát MHD, động cơ plasma, đầu đốt, v.v.). Ví dụ về plasma nhiệt độ cao là vật chất của các ngôi sao ở tất cả các giai đoạn tiến hóa của chúng, ngoại trừ thời thơ ấu và tuổi già, chất hoạt động trong các cơ sở nhiệt hạch có kiểm soát (tokama, thiết bị laze, thiết bị chùm, v.v.).
Trạng thái thứ tư của vật chất
Một thế kỷ rưỡi trước, nhiều nhà vật lý và hóa học tin rằng vật chất chỉ bao gồm các phân tử và nguyên tử. Chúng được kết hợp trong các tổ hợp hoặc hoàn toàn không có trật tự hoặc ít nhiều có thứ tự. Người ta tin rằng có ba pha - khí, lỏng và rắn. Các chất chấp nhận chúng dưới tác động của các điều kiện bên ngoài.
Tuy nhiên, hiện tại chúng ta có thể nói rằng có 4 trạng thái của vật chất. Nó là plasma có thể được coi là mới, thứ tư. Sự khác biệt của nó so với các trạng thái ngưng tụ (rắn và lỏng) nằm ở chỗ, giống như chất khí, nó không chỉ có tính đàn hồi khi cắt mà còn có thể tích cố định. Mặt khác, plasma có điểm chung với trạng thái cô đặc là sự hiện diện của trật tự trong phạm vi ngắn, tức là mối tương quan của các vị trí và thành phần của các hạt lân cận với một điện tích plasma nhất định. Trong trường hợp này, mối tương quan như vậy được tạo ra không phải bởi giữa các phân tử, mà bởi lực Coulomb: một điện tích nhất định đẩy lùi các điện tích cùng tên với chính nó và thu hút các điện tích trái dấu.
Vật lý plasma đã được chúng tôi xem xét ngắn gọn. Chủ đề này khá đồ sộ, vì vậy chúng tôi chỉ có thể nói rằng chúng tôi đã tiết lộ những điều cơ bản của nó. Vật lý plasma chắc chắn đáng được xem xét thêm.
