پلاسما (فیزیک)

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد.

نمونه اي از يك لامپ پلاسما
نمونه اي از يك لامپ پلاسما

پلاسما گاز شبه خنثایی از ذرات باردار و خنثی است که رفتار جمعی از خود ارائه می‌دهد. به عبارت دیگر می‌توان گفت که واژه پلاسما به گاز یونیده‌شده‌ای اطلاق می‌شود که همه یا بخش قابل توجهی از اتمهای آن یک یا چند الکترون از دست داده و به یونهای مثبت تبدیل شده باشند. یا به گاز به شدت یونیزه شده‌ای که تعداد الکترونهای آزاد آن تقریبا برابر با تعداد یونهای مثبت آن باشد، پلاسما گفته می‌شود.

فهرست مندرجات

[ویرایش] تاریخچه

در سال ۱۸۷۹ فیزیکدان انگلیسی سر ویلیام کروکس، هنگام بررسی ویژگی‌های ماده در تخلیهٔ الکتریکی، پیشنهاد کرد که این گازها حالت چهارم ماده هستند.

[ویرایش] دما در حالت پلاسما

در حالت‌های جامد، مایع و گاز، دما را می‌توان از روی دامنهٔ حرکت (سرعت نوسان) ذرات سازندهٔ ماده تعریف کرد اما در حالت پلاسما، دما از روی میزان جدایش یون‌های مثبت از الکترون‌ها تعریف می‌شود.

اغلب گفته میشود که ۹۹٪ ماده موجود در طبیعت در حالت پلاسماست، یعنی به شکل گاز الکتریسته داری که اتمهایش به یونهای مثبت و الکترون منفی تجزیه شده باشد. این تخمین هر چند ممکن است خیلی دقیق نباشد ولی تخمین معقولی است از این واقعیت که درون ستارگان و جو آنها، ابرهای گازی و اغلب هیدروژن فضای بین ستارگان بصورت پلاسماست. در نزدیکی خود ما ، وقتیکه جو زمین را ترک میکنیم بلافاصله با پلاسمایی مواجه می‌شویم که شامل کمربندهای تشعشعی وان آلن و بادهای خورشیدی است.

در زندگی روزمره نیز با چند نمونه محدود از پلاسما مواجه میشویم. جرقه رعد و برق ، تابش ملایم شفق قطبی ، گازهای داخل یک لامپ فلورسان یا لامپ نئون و یونیزاسیون. مختصری که در گازهای خروجی یک موشک دیده میشود. بنابراین می‌توان گفت که ما در یک درصدی از عالم زندگی میکنیم که در آن پلاسما بطور طبیعی یافت نمیشود.


پارامترهای عمومی پلاسما: بر حسب بزرگی
مشخصات پلاسمای زمینی پلاسماهای کیهانی
اندازه
به متر
۱۰−۶ m (پلاسمای آزمایشگاهی) تا
۱۰۲ m (رعد) (~۸ از مرتبه)
۱۰−۶ متر (پوشش سفینه فضایی) to
۱۰۲۵ متر (سهابی میان کهکشانی) (~۳۱ OOM)
طول عمر
به ثانیه
۱۰−۱۲ ثانیه (پلاسمای ایجاد شده توسط لیزر) تا
۱۰۷ ثانیه (نور فلئورسنت) (~۱۹ از مرتبه)
۱۰۱ ثانیه (solar flares) تا
۱۰۱۷ s (پلاسمای میان کهکشانی) (~۱۷ از مرتبه)
چگالی
ذره در متر مکعب
متر مربع
۱۰۷ m تا
۱۰۳۲ m (inertial confinement plasma)
۱۰۰ (۱) m (میان کهکشانی متوسط) تا
۱۰۳۰ m (هسته ستاره)
دما
به کلوین
~۰ K (crystalline non-neutral plasma[۱]) to
۱۰۸ K (پلاسمای همجوشی مغناطیسی)
۱۰۲ K (شفق قطبی) تا
۱۰۷ K (هسته خورشید)
میدان‌های مغناطیسی
به تسلا
۱۰−۴ تسلا (پلاسمای آزمایشگاهی) تا
۱۰۳ T (پلاسمای ایجاد شده توسط پالس)
۱۰−۱۲ تسلا (میان کهکشانی متوسط) تا
۱۰۱۱ T (نزدیک ستاره‌های نوترونی)

[ویرایش] انواع پلاسما

[ویرایش] پلاسمای جو

نزدیکترین پلاسما به ما (کره زمین) ، یونوسفر (Ionosphere) می‌باشد که از صد و پنجاه کیلومتری سطح زمین شروع و به طرف بالا ادامه می‌یابد. لایه‌های بالاتر یونسفر ، فیزیک سیستمها به فرم پلاسما می‌باشند که توسط تابش موج کوتاه در حوزه وسیعی ، از طیف اشعه فرابنفش گرفته تا پرتوهای ایکس و همچنین بوسیله پرتوهای کیهانی و الکترونهایی که به گلنونسفر اصابت می‌کنند یونیزه می‌شوند.

[ویرایش] شفق قطبی

پدیده شفق نیز نوعی پلاسما است که تحت اثر یونیزاسیون ایجاد می‌شود. یونسفر پلاسمایی با جذب پرتوهای ایکس ، فرابنفش ، تابش خورشیدی ، انعکاس امواج کوتاه و رادیویی اهمیت اساسی در ارتباط رادیویی در سرتاسر جهان دارد. با همه این احوال نه تنها زمین بلکه زهره و مریخ نیز فضایی یونسفری دارند.

[ویرایش] سیاره‌ها

ملاحظات نظری نشان می‌دهد که در سایر سیاره‌های منظومه شمسی نظیر مشتری ، زحل ، سیاره اورانوس ، نپتون نیز باید یونسفرهای قابل مشاهده وجود داشته باشد. فضای بین سیاره‌ای نیز از پلاسمای بین سیاره‌ای در حال انبساط پر شده که محتوای یک میدان مغناطیسی) ضعیف (حدود -۵۱۰ تسلا) است.


[ویرایش] هسته‌های ستارگان دنباله دار

هسته‌های ستارگان دنباله دار نیز به فضای بین پلاسمایی پرتاب می‌کند. از طرف دیگر ، خورشید منظومه شمسی مانند یک کره پلاسمایی است. درخشندگی شدید خورشید ، معمولا عین یک درخشندگی پلاسمایی می‌باشد. خورشید به سه قشر گازی فتوسفر ـ کروموسفر و کورونا (که کرونای آن بیش از یک میلیون درجه ، حرارت دارد) احاطه شده‌است و انتظار می‌رود که هزاران سال به درخشندگی خود ادامه بدهد.


جرقه رعد و برق، نمونه‌ای از پلاسما در زندگی روزمره
جرقه رعد و برق، نمونه‌ای از پلاسما در زندگی روزمره

[ویرایش] کاربردهای فیزیک پلاسما

قدیمیترین کار با پلاسما ، مربوط به لانگمیر ، تانکس و همکاران آنها در سال ۱۹۲۰ میشود. تحقیقات در این مورد ، از نیازی سرچشمه میگرفت که برای توسعه لوله‌های خلائی که بتوانند جریانهای قوی را حمل کنند، و در نتیجه میبایست از گازهای یونیزه پر شوند احساس میشد.

[ویرایش] همجوشی گرما هسته ای کنترل شده توسط میادین مغناطیسی

فیزیک پلاسمای جدید (از حدود ۱۹۵۲ که در آن ساختن راکتوری بر اساس کنترل همجوشی بمب هیدروژنی پیشنهاد گردید، آغاز میشود.

مراجعه شود به:

[ویرایش] همجوشی هسته ای کنترل شده توسط لیزرهای پر توان

مراجعه شود به:

[ویرایش] فیزیک فضا

کاربرد مهم دیگر فیزیک پلاسما ، مطالعه فضای اطراف زمین است. جریان پیوستهای از ذرات باردار که باد خورشیدی خوانده میشود، به مگنتوسفر زمین برخورد میکند. درون و جو ستارگان آن قدر داغ هستند که میتوانند در حالت پلاسما باشند.

[ویرایش] تبدیل انرژی مگنتو هیدرو دینامیک (MHD) و پیشرانش یونی

دو کاربرد عملی فیزیک پلاسما در تبدیل انرژی مگنتو هیدرو دینامیک ، از یک فواره غلیظ پلاسما که به داخل یک میدان مغناطیسی پیشرانده میشود، میباشد.

[ویرایش] پلاسمای حالت جامد

الکترونهای آزاد و حفرهها در نیمه رساناها ، پلاسمایی را تشکیل میدهند که همان نوع نوسانات و ناپایداریهای یک پلاسمای گازی را عرضه می‌دارد.

[ویرایش] لیزرهای گازی

عادیترین پمپاژ (تلمبه کردن) یک لیزر گازی ، یعنی وارونه کردن جمعیت حالاتی که منجر به تقویت نور میشود، استفاده از تخلیه گازی است.

[ویرایش] دیگر کاربرد ها

شایان ذکر است که کاربردهای دیگری مانند چاقوی پلاسما ، تلویزیون پلاسما ، تفنگ الکترونی ، لامپ پلاسما و غیره نیز وجود دارد که در اینجا فقط کاربردهای پلاسما در حالت کلی بیان شده‌است.

[ویرایش] منبع

www.hupaa.com

[ویرایش] منابعی برای مطالعهٔ بیشتر

  • S. Eliezer and Y. Eliezer - The fourth state of matter, An introduction to plasma science (Second Edition) - Institute of Physics Publishing Ltd. - ۲۰۰۱