Четвертий агрегатний стан речовини

Всім, я думаю, відомо 3 основних агрегатних стану речовини: рідке, тверде й газоподібне. Ми стикаємося з цими станами речовини кожен день і всюди. Найчастіше їх розглядають на прикладі води. Рідкий стан води найбільш звично для нас. Ми постійно п'ємо рідку воду, вона тече у нас з крана, та й самі ми на 70% складаємося з рідкої води. Друге агрегатний стан води - це звичайний лід, який взимку ми бачимо на вулиці. У газоподібному вигляді воду теж легко зустріти в повсякденному житті. У газоподібному стані вода - це, всім нам відомий, пар. Його можна побачити, коли ми, наприклад, кип'ятимо чайник. Так, саме при 100 градусах вода переходить з рідкого стану в газоподібний.

Це три звичних для нас агрегатних стану речовини. Але чи знаєте ви, що їх насправді 4? Я думаю, хоч раз кожен чув слово «плазма». А сьогодні я хочу, щоб ви ще й дізналися більше про плазму - четвертому агрегатному стані речовини.

Плазма - це частково або повністю іонізований газ з однаковою щільністю, як позитивних, так і негативних зарядів. Плазму можна отримати з газу - з 3 агрегатного стану речовини шляхом сильного нагрівання. Агрегатний стан взагалі, по суті, повністю залежить від температури. Перше агрегатний стан - це найнижча температура, при якій тіло зберігає твердість, друге агрегатний стан - це температура при якій тіло починає плавитися і ставати рідким, третє агрегатний стан - це найбільш висока температура, при ній речовина ставати газом. У кожного тіла, речовини температура переходу від одного агрегатного стану до іншого абсолютно різна, у кого-то нижче, у кого-то вище, але у всіх строго в такій послідовності. А при якій же температурі речовина ставати плазмою? Раз це четвертий стан, значить, температура переходу до нього вище, ніж у кожного попереднього. І це дійсно так. Для того, щоб іонізувати газ необхідна дуже висока температура. Сама низькотемпературна і нізкоіонізірованная (близько 1%) плазма характеризується температурою до 100 тисяч градусів. У земних умовах таку плазму можна спостерігати у вигляді блискавок. Температура каналу блискавки може перевищувати 30 тисяч градусів, що в 6 разів більше, ніж температура поверхні Сонця. До речі, Сонце і всі інші зірки - це теж плазма, частіше все-таки високотемпературна. Наука доводить, що близько 99% всього речовини Всесвіту - це плазма.

На відміну від низькотемпературної, високотемпературна плазма володіє практично 100% іонізацією і температурою до 100 мільйонів градусів. Це воістину зоряна температура. На Землі така плазма зустрічається тільки в одному випадку - для дослідів термоядерного синтезу. Контрольована реакція досить складна і енергозатратна, а ось неконтрольована досить зарекомендувала себе як зброю колосальної потужності - термоядерна бомба, випробувана СРСР 12 серпня 1953 року.

Плазму класифікують не тільки по температурі і ступеня іонізації, а й по щільності, і по квазінейтральності. Словосполучення щільність плазми зазвичай позначає щільність електронів, тобто число вільних електронів в одиниці об'єму. Ну, з цим, думаю, все зрозуміло. А ось що таке квазінейтральность знають далеко не всі. Квазінейтральность плазми - це одне з найважливіших її властивостей, що полягає в практично точній рівності щільності входять до її складу позитивних іонів і електронів. В силу гарної електричної провідності плазми поділ позитивних і негативних зарядів неможливо на відстанях великих дебаєвської довжини і часи великих періоду плазмових коливань. Майже вся плазма квазінейтральності. Прикладом неквазінейтральной плазми є пучок електронів. Однак густину не-нейтральних плазм повинна бути дуже мала, інакше вони швидко розпадуться за рахунок кулонівського відштовхування.

Ми зовсім мало розглянули земних прикладів плазми. Але ж їх досить багато. Людина навчилася застосовувати плазму собі на благо. Завдяки четвертому агрегатному стані речовини ми можемо користуватися газорозрядними лампами, плазмовими телевізорами, дугового електрозварювання, лазерами. Звичайні газорозрядні лампи денного світла - це теж плазма. Існує в нашому світі також п лазменная лампа . Її в основному використовують в науці, щоб вивчити, а головне - побачити деякі з найбільш складних плазмових явищ, включаючи філаментацію. Фотографію такої лампи можна побачити на зображенні нижче:

Крім побутових плазмових приладів, на Землі так само часто можна бачити природне плазму. Про один з її прикладів ми вже говорили. Це блискавка. Але крім блискавок плазмовими явищами можна назвати північне сяйво, "вогні святого Ельма", іоносферу Землі і, звичайно, вогонь.

Зауважте, і вогонь, і блискавка, і інші прояви плазми, як ми це називаємо, горять. Чим обумовлено таке яскраве випускання світла плазмою? Світіння плазми обумовлено переходом електронів з високоенергетичного стану в стан з низькою енергією послерекомбінаціі з іонами. Цей процес призводить до випромінювання зі спектром, відповідним що порушується газу. Саме тому плазма світитися.

Хотілося б так само трохи розповісти про історію плазми. Адже колись плазмою називалися лише такі речовини, як рідка складова молока і безбарвна складова крові. Все змінилося в 1879 році. Саме в той рік знаменитий англійський учений Вільям Крукс, досліджуючи електричну провідність в газах, відкрив явище плазми. Правда, назвали цей стан речовини плазмою лише в 1928. І це зробив Ірвінг Ленгмюр.

У висновку хочу сказати, що таке цікаве і загадкове явище, як кульова блискавка, про яку я не раз писала на цьому сайті, це, звичайно ж, теж плазмойд, як і звичайна блискавка. Це, мабуть, самий незвичайний плазмойд з усіх земних плазмових явищ. Адже існує близько 400 найрізноманітніших теорій на рахунок кульової блискавки, але не одна з них не була визнана воістину правильною. У лабораторних умовах схожі, але короткочасні явища вдалося отримати кількома різними способами, так що питання про природу кульової блискавки залишається відкритим.

Звичайну плазму, звичайно, теж створювали в лабораторіях. Колись це було складним, але зараз подібний експеримент не складає особливих труднощів. Раз вже плазма міцно увійшла в наш побутової арсенал, то і в лабораторіях над нею чимало експериментують.

Найцікавішим відкриттям в області плазми стали експерименти з плазмою в невагомості. Виявляється, в вакуумі плазма кристалізується. Це відбувається так: заряджені частинки плазми починають відштовхуватися один від одного, і, коли у них є обмежений обсяг, вони займають той простір, який їм відведено, розбігаючись в різні боки. Це дуже схоже на кристалічну решітку. Чи не означає це, що плазма являеться останньою ланкою між першим агрегатним станом речовини і третім? Адже вона ставати плазмою завдяки іонізації газу, а в вакуумі плазма знову ставати як би твердою. Але це тільки моє припущення.

Кристалики плазми в космосі мають також і досить дивну структуру. Цю структуру можна спостерігати і вивчати тільки в космосі, в цьому космічному вакуумі. Навіть якщо створити вакуум на Землі і помістити туди плазму, то гравітація буде просто здавлювати всю «картину», що утворюється всередині. У космосі ж кристали плазми просто злітають, утворюючи об'ємну тривимірну структуру дивної форми. Після відправлення результатів спостереження за плазмою на орбіті земним ученим, з'ясувалося, що завихрення в плазмі дивним чином повторюють структуру нашої галактики. А це означає, що в майбутньому можна буде зрозуміти, як зародилася наша галактика шляхом вивчення плазми. Нижче на фотографіях показані та сама кристалізована плазма.

Це все, що мені б хотілося сказати на тему плазми. Сподіваюся, вона вас зацікавила і здивувала. Адже це воістину дивовижне явище, а точніше стан - 4 агрегатний стан речовини.