Os tempos em que associávamos o plasma a algo irreal, incompreensível, fantástico, já se foram. Hoje, esse conceito é usado ativamente. O plasma é usado na indústria. É mais amplamente utilizado em engenharia de iluminação. Um exemplo são as lâmpadas de descarga de gás que iluminam as ruas. Mas também está presente nas lâmpadas fluorescentes. É também em soldagem elétrica. Afinal, o arco de soldagem é um plasma gerado por uma tocha de plasma. Muitos outros exemplos poderiam ser dados.
A física do plasma é um importante ramo da ciência. Portanto, vale a pena entender os conceitos básicos relacionados a ele. É para isso que nosso artigo é dedicado.
Definição e tipos de plasma
O que é plasma? A definição em física é bastante clara. Um estado de plasma é um estado de matéria quando este tem um número significativo (comparável ao número total de partículas) de partículas carregadas (portadoras) que podem se mover mais ou menos livremente dentro da substância. Os seguintes tipos principais de plasma na física podem ser distinguidos. Se os transportadores pertencerem a partículas do mesmo tipo (epartículas de carga oposta, neutralizando o sistema, não têm liberdade de movimento), é chamado de um componente. Caso contrário, é - dois ou vários componentes.
Recursos de plasma
Então, descrevemos brevemente o conceito de plasma. A física é uma ciência exata, portanto, as definições são indispensáveis aqui. Vamos agora falar sobre as principais características deste estado da matéria.
As propriedades do plasma na física são as seguintes. Em primeiro lugar, neste estado, sob a ação de forças eletromagnéticas já pequenas, surge o movimento dos portadores - uma corrente que flui dessa maneira até que essas forças desapareçam devido à blindagem de suas fontes. Portanto, o plasma eventualmente passa para um estado em que é quase neutro. Em outras palavras, seus volumes, maiores que algum valor microscópico, têm carga zero. A segunda característica do plasma está relacionada à natureza de longo alcance das forças de Coulomb e Ampère. Consiste no fato de que os movimentos nesse estado, em regra, têm um caráter coletivo, envolvendo um grande número de partículas carregadas. Estas são as propriedades básicas do plasma na física. Seria útil lembrá-los.
Ambas essas características levam ao fato de que a física do plasma é extraordinariamente rica e diversificada. Sua manifestação mais marcante é a facilidade de ocorrência de vários tipos de instabilidades. Eles são um sério obstáculo que dificulta a aplicação prática do plasma. A física é uma ciência que está em constante evolução. Portanto, pode-se esperar que ao longo do tempo esses obstáculosserá eliminado.
Plasma em líquidos
Voltando a exemplos específicos de estruturas, vamos começar com a consideração de subsistemas de plasma em matéria condensada. Entre os líquidos, deve-se antes de tudo nomear os metais líquidos - um exemplo ao qual o subsistema de plasma corresponde - um plasma de componente único de transportadores de elétrons. Estritamente falando, a categoria de interesse para nós também deve incluir líquidos eletrolíticos nos quais existem portadores - íons de ambos os signos. No entanto, por várias razões, os eletrólitos não estão incluídos nesta categoria. Uma delas é que não há luz, portadores móveis, como elétrons, no eletrólito. Portanto, as propriedades do plasma acima são expressas muito mais fracas.
Plasma em cristais
Plasma em cristais tem um nome especial - plasma de estado sólido. Nos cristais iônicos, embora existam cargas, elas são imóveis. Portanto, não há plasma. Nos metais, estes são elétrons de condução que compõem um plasma de um componente. Sua carga é compensada pela carga de íons imóveis (mais precisamente, incapazes de se mover por longas distâncias).
Plasma em semicondutores
Considerando os fundamentos da física de plasma, deve-se notar que a situação em semicondutores é mais diversificada. Vamos caracterizá-lo brevemente. Um plasma de um componente nessas substâncias pode surgir se as impurezas apropriadas forem introduzidas nelas. Se as impurezas doarem facilmente elétrons (doadores), aparecerão portadores do tipo n - elétrons. Se as impurezas, pelo contrário, retiram facilmente os elétrons (aceitadores), surgem os portadores do tipo p- buracos (lugares vazios na distribuição de elétrons), que se comportam como partículas com carga positiva. Um plasma de dois componentes formado por elétrons e buracos surge em semicondutores de uma forma ainda mais simples. Por exemplo, ele aparece sob a ação do bombeamento de luz, que lança elétrons da banda de valência para a banda de condução. Observamos que sob certas condições, elétrons e buracos atraídos um pelo outro podem formar um estado ligado semelhante a um átomo de hidrogênio - um éxciton, e se o bombeamento for intenso e a densidade de éxcitons for alta, eles se fundem e formam uma gota do líquido elétron-buraco. Às vezes, tal estado é considerado um novo estado da matéria.
Ionização de gás
Os exemplos acima referem-se a casos especiais do estado de plasma, e o plasma em sua forma pura é chamado de gás ionizado. Muitos fatores podem levar à sua ionização: campo elétrico (descarga de gás, tempestade), fluxo de luz (fotoionização), partículas rápidas (radiação de fontes radioativas, raios cósmicos, que foram descobertos aumentando o grau de ionização com a altura). No entanto, o principal fator é o aquecimento do gás (ionização térmica). Neste caso, a separação de um elétron de um átomo leva a uma colisão com este último de outra partícula de gás, que possui energia cinética suficiente devido à alta temperatura.
Plasma de alta e baixa temperatura
A física do plasma de baixa temperatura é o que entramos em contato quase todos os dias. Exemplos de tal estado são chamas,substância em uma descarga de gás e relâmpagos, vários tipos de plasma de espaço frio (iono e magnetosferas de planetas e estrelas), substância de trabalho em vários dispositivos técnicos (geradores MHD, motores de plasma, queimadores, etc.). Exemplos de plasma de alta temperatura são a matéria das estrelas em todos os estágios de sua evolução, exceto na primeira infância e na velhice, a substância de trabalho em instalações de fusão termonuclear controlada (tokamaks, dispositivos de laser, dispositivos de feixe, etc.).
O quarto estado da matéria
Há um século e meio, muitos físicos e químicos acreditavam que a matéria consistia apenas em moléculas e átomos. Eles são combinados em combinações completamente desordenadas ou mais ou menos ordenadas. Acreditava-se que existem três fases - gasosa, líquida e sólida. As substâncias os aceitam sob a influência de condições externas.
No entanto, atualmente podemos dizer que existem 4 estados da matéria. É o plasma que pode ser considerado novo, o quarto. Sua diferença dos estados condensado (sólido e líquido) está no fato de que, como um gás, não possui apenas elasticidade ao cisalhamento, mas também um volume fixo. Por outro lado, um plasma tem em comum com um estado condensado a presença de ordem de curto alcance, ou seja, a correlação das posições e composição das partículas adjacentes a uma dada carga de plasma. Neste caso, tal correlação é gerada não por forças intermoleculares, mas por forças de Coulomb: uma dada carga repele cargas de mesmo nome e atrai cargas opostas.
A física do plasma foi brevemente revisada por nós. Este tópico é bastante volumoso, então só podemos dizer que revelamos seu básico. A física do plasma certamente merece mais consideração.
