Plazma (fyzika)
Plazma je vysoko ionizovaný plyn, zložený z iónov, elektrónov (a prípadne neutrálnych atómov a molekúl), ktorá vzniká odtrhnutím elektrónov z elektrónového obalu atómov plynu, alebo roztrhnutím molekúl (ionizáciou). Plazma sa zvyčajne považuje za ďalšie skupenstvo hmoty. Pretože obsahuje veľké množstvo ionizovaných častíc, je elektricky vodivá a reaguje na elektrické a magnetické polia. Prvýkrát ju popísal anglický chemik a fyzik William Crookes v roku 1879, ktorý ju volal "radiant matter" – žiarivá hmota. Pomenovanie plazma zaviedol americký fyzik Irving Langmuir v roku 1928.[1]
Plazma existuje vo vesmíre často v odlišných formách. V prírode sa s ňou môžeme stretnúť v podobe blesku, polárnej žiary, alebo hviezd. V skutočnosti plazma tvorí až 99 % pozorovanej hmoty vesmíru.
Základné charakteristiky plazmy upraviť
Plazma existuje vo vesmíre v rôznych, často veľmi odlišných formách. S plazmou sa môžeme stretnúť napríklad vo forme blesku, polárnej žiare, vo vnútri žiariviek, plazmových lámp a tzv. neónov. Plazma tvorí taktiež konvenčné hviezdy, slnečný vietor, alebo hmloviny. Parametre plazmy v týchto formách sa líšia o mnoho stupňov.
Vlastnosti upraviť
Stupeň ionizácie upraviť
Stupeň ionizácie plazmy (pomer počtu ionizovaných častíc voči celkovému počtu častíc) je jedným z najdôležitejších parametrov, ktorý určuje správanie sa plazmy. Závisí predovšetkým od teploty a dá sa odhadnúť zo Sahovej rovnice.
Podľa stupňa ionizácie rozlišujeme slabo ionizovanú plazmu a silne ionizovanú plazmu. V slabo ionizovanej plazme je koncentrácia nabitých častíc zanedbateľne malá v porovnaní s koncentráciou neutrálnych molekúl. Naproti tomu v silne ionizovanej plazme prevláda koncentrácia nabitých častíc.
Teplota upraviť
Podľa teploty sa plazma rozlišuje na 2 druhy. Je to vysokoteplotná a nízkoteplotná plazma. Vysokoteplotná plazma má strednú energiu nabitých častíc väčšiu než 100 eV, čo zodpovedá rádovo 106K. Vyskytuje sa vo hviezdach a pri experimentoch s riadenou termonukleárnou syntézou. Nízkoteplotná plazma sa vyskytuje napr. v žiarivkách a výbojkách, taktiež v elektrickom oblúku.
V plazme môže byť teplota elektrónov o niekoľko stupňov vyššia než teplota kladných iónov a neutrálnych molekúl.
Ďalšie významné fyzikálne vlastnosti plazmy upraviť
Plazma obsahuje voľné elektrické náboje, preto je elektricky vodivá. Vďaka elektrickej vodivosti pôsobí na plazmu aj silné magnetické pole, jej silové účinky pochádzajú z Lorentzovej sily. S rastúcou koncentráciou nabitých častíc sa menia aj koeficienty tepelnej vodivosti a dynamickej viskozity plynu.
.jpg)
Kvazineutralita a Debyeove tienenie upraviť
Jednou zo základných vlastností plazmy je takzvaná kvazineutralita. Ide o približnú rovnosť koncentrácií kladne nabitých a záporne nabitých elektrónov v oblastiach plazmy, kde všetky tri lineárne rozmery sú podstatne väčšie než Debyeova dĺžka. Vďaka prítomnosti voľných nabitých častíc sa v objeme plazmy vytvára priestorový náboj a elektrostatické pole, ktoré spätne silovo pôsobí na nabité častice. Výsledkom je kompenzácia fluktuačnej hustoty náboja a plazma sa vo väčšej miere javí ako elektricky neutrálna.
S kvazineutralitou úzko súvisia pojmy Debyeove tienenie. Tento jav je pozorovaný napr. v prítomnosti pevnej látky v plazme. Pevná látka nesie náboj, ale ten je vďaka kvazineutralite plazmy tienený. Vo vzdialenosti označovanej ako Debyeova tieniaca dĺžka je už plazma opäť kvazineutrálna.
Uchovanie plazmy upraviť
Jedným z typov zariadení pre uchovávanie plazmy sú magnetické nádoby. Magnetické nádoby sú založené na princípe snahy iónov "namotávať" sa na siločiary magnetického poľa a odrážať sa od miest kde intenzita poľa rastie.[2]
Použitie plazmy upraviť
- v priemysle polovodičov pomáha pri vypaľovaní, v kovopriemysle pri rezaní
- vo výskume termojadrových syntéz palivo premieňajú pred reakciou najprv do formy plazmy[3]
- na dezinfekciu lekárskych inštrumentov
- experimentuje sa s použitím ako živé tkanivo
- prvé klinické testy ukazujú: plazma dokáže uzatvárať chronické rany[4]
Referencie upraviť
- ↑ bild der wissenschaft: Gut zu wissen: Plasma, 1/2009, Konradin Medien GmbH, ISSN 0006-2375, strana 56
- ↑ Viktor Martišovitš:Základy fyziky plazmy, ISBN 80-223-1983-X
- ↑ bild der wissenschaft:Plasma die leuchtende Verheissung, 1/2009, Konradin Medien GmbH, ISSN 0006-2375, strana 53
- ↑ bild der wissenschaft:Plasma die leuchtende Verheissung, 1/2009, Konradin Medien GmbH, ISSN 0006-2375, strana 55
Iné projekty upraviť
Commons ponúka multimediálne súbory na tému fyzika plazmy
