Р Е Ф Е Р А Т
за темою:
« Плазма та її застосування»
Виконав студент групи ОПК-220 Реферат прийняв з оцінкою:
Петренко Руслан Наумкін С.М.
2021
Вступ
Пла́зма — у фізиці та хімії іонізований, електрично-квазінейтральний стан речовини. Плазма вважається четвертим (після твердого, рідкого і газоподібного) агрегатним станом речовини. Слово «іонізований» означає, що від значної частини атомів або молекул відокремлений принаймні один електрон. Слово «квазінейтральний» означає, що незважаючи на наявність вільних зарядів (електронів і іонів) сумарний електричний заряд плазми дорівнює нулю. Присутність вільних електричних зарядів робить плазму провідним середовищем, що зумовлює її значно більшу (у порівнянні з іншими агрегатними станами речовини) взаємодію з магнітним і електричним полями. «Четвертий стан речовини» відкрив Вільям Крукс у 1879, а назву «плазма» запропонував Ірвінг Ленгмюр у 1928.
Як і речовина в будь-якому іншому агрегатному стані плазма є зовні нейтральною, оскільки є сумішшю позитивних та негативних іонів в такій кількості та концентрації, що їх заряди компенсують один одного. Плазма має властивості схожі як на газоподібний стан речовини (частинки рухаються вільно та відстань між частинками значно більша за розмір частинок)так і на рідкий (велика в'язкість) та твердий (електрони рухаються вільно від ядер атомів).
Властивості плазми досліджує фізика плазми. Теоретично плазма описується рівняннями магнітогідродинаміки.
Плазма у фізиці — стан речовини, в якому її атоми іонізовані, тобто електрони відірвані від ядер. Завдяки цьому речовина стає не тільки електропровідною, але й надзвичайно чутливою до електромагнітних полів. Плазму називають четвертим агрегатним станом речовини на відміну від твердого, рідкого та газоподібного.
Плазма — високо іонізоване квазінейтральне суцільне середовище. На відміну від газу або рідини, в плазмі має місце далекосяжна кулонівська взаємодія між частинками, що і визначає її різноманітні властивості. Плазмові об'єкти у природі — зорі, планетарні туманності, верхні шари атмосфери — іоносфера. Штучно плазма створюється у тліючому газовому розряді, газорозрядних лампах, мас-спектрометрах, термоядерному синтезі, при роботі йонних двигунів, генераторів і т. д. Зокрема, плазму застосовують у термоелектронних і магніто-плазмо-динамічних (МПД) генераторах — перетворювачах тепла безпосередньо в електричну енергію (минаючи перетворення в механічну).
1.Поняття про плазму.
1.1.Визначення плазми.
Плазма — частково або повністю іонізований газ, в якому густини позитивних і негативних зарядів практично однакові. Отже, плазма в цілому електрично-нейтральна система. При досить сильному нагріванні будь-яка речовина випаровується, перетворюючись на газ.(газета) Якщо збільшувати температуру і далі, різко посилиться процес термічної іонізації, тобто молекули газу почнуть розпадатися на складові їх атоми, які потім перетворюються на іони . Іонізація газу, крім того, може бути викликана його взаємодією з електромагнітним випромінюванням ( фотоіонізація ) або бомбардуванням газу зарядженими частками. Вільні заряджені частки — особливо електрони — легко переміщаються під дією електричного поля. Тому в стані рівноваги просторові заряди вхідних до складу плазми негативних електронів і позитивних іонів повинні компенсувати один одного так, щоб повне поле усередині плазми дорівнювало нулю. Саме звідси витікає необхідність практично точної рівності щільності електронів і іонів в плазмі — її «квазінейтральності». Порушення квазінейтральності в об'ємі, займаному плазмою, веде до негайної появи сильних електричних полів просторових зарядів, тут же поновлюючих квазінейтральність. Мірою іонізації плазми а називається відношення числа іонізованих атомів до повного їх числа в одиниці об'єму плазми. Плазма зазвичай поділяється на ідеальну і неідеальну, низькотемпературну і високотемпературну, рівноважну і нерівноважну, при цьому досить часто холодна плазма буває нерівноважною, а гаряча рівноважною.
1.2.Форми плазми.
За сьогоднішніми уявленнями, фазовим станом більшої частини речовини (за масою близько 99,9%) у Всесвіті є плазма. Всі зорі складаються з плазми, і навіть простір між ними заповнений плазмою, хоча і дуже розрідженою (див. міжзоряний простір). Наприклад, планета Юпітер зосередила в собі практично всю речовину Сонячної системи, що перебуває в «неплазмовому» стані (рідкому, твердому та газоподібному). При цьому маса Юпітера складає всього лише близько 0,1% маси Сонячної системи, а об'єм ще менший: всього 10−15%. При цьому дрібні частки пилу, що заповнюють космічний простір і несуть на собі певний електричний заряд, в сукупності можуть бути розглянуті як плазма, що складається з надважких заряджених іонів (див. пилова плазма).
Найтиповіші форми плазми
| | | |
| Штучно створена плазма Плазмова панель (телевізор, монітор) Речовина всередині люмінесцентних (у тому числі компактних) і неонових ламп[3] Плазмові ракетні двигуни Газорозрядна корона озонового генератора Дослідження керованого термоядерного синтезу Електрична дуга у дуговій лампі і у дуговому зварюванні Плазмова лампа Дуговий розряд від трансформатора Тесли Вплив на речовину лазерним випромінюванням Яскрава сфера ядерного вибуху Земна природня плазма Блискавка Вогні святого Ельма Іоносфера Язики полум'я (низькотемпературна плазма) Космічна та астрофізична плазма Сонце та інші зірки (ті, які існують за рахунок термоядерних реакцій) Сонячний вітер Космічний простір (простір між планета ми, зорями і галактиками) Міжзоряні туманності | | |
1.3. Температура, густина, квазінейтральність та ступінь іонізації.
Температура
При читанні науково-популярної літератури читач часто бачить значення температури плазми порядку десятків, сотень тисяч або навіть мільйонів °С або К. Для опису плазми у фізиці зручно вимірювати температуру не в °С, а в одиницях виміру, що характерна для енергії руху частинок, наприклад, в електрон-вольтах (еВ). Для переведення температури у еВ можна скористатися наступним співвідношенням: 1 еВ = 11600 K (Кельвінів). Таким чином стає зрозуміло, що температура в «десятки тисяч °С» досить легко досяжна.
У нерівноважній плазмі електронна температура істотно перевищує температуру іонів. Це відбувається через відмінність в масах іону і електрону, яка ускладнює процес обміну енергією. Така ситуація зустрічається в газових розрядах, коли іони мають температуру близько сотень, а електрони близько десятків тисяч K.
У рівноважній плазмі обидві температури рівні. Оскільки для здійснення процесу іонізації необхідні температури, порівнянні з потенціалом іонізації, рівноважна плазма зазвичай є гарячою (з температурою більше кількох тисяч K).
Поняття високотемпературна плазма вживається звичайно для плазми термоядерного синтезу, який вимагає температур в мільйони K.
Ступінь іонізації
Для того, щоб газ перейшов у стан плазми, його необхідно іонізувати. Ступінь іонізації пропорційна числу атомів, які віддали або поглинули електрони, і найбільше залежить від температури. Навіть слабо іонізований газ, в якому менше 1% часток знаходяться в іонізованому стані, може проявляти деякі типові властивості плазми (взаємодія з зовнішнім електромагнітним полем і висока електропровідність). Ступінь іонізації α визначається як α = ni/(ni+ na), де n i — концентрація іонів, а na — концентрація нейтральних атомів. Концентрація вільних електронів в незарядженій плазмі ne визначається очевидним співвідношенням: ne=
Для низькотемпературної плазми характерна мала ступінь іонізації (до 1%). Так як такі плазми досить часто вживаються в технологічних процесах, їх іноді називають технологічними плазмами. Найчастіше їх створюють за допомогою електричних полів, які прискорюють електрони, які в свою чергу іонізують атоми. Електричні поля вводяться у газ за допомогою індуктивного або ємнісного зв'язку (див. індуктивно-пов'язана плазма). Типові застосування низькотемпературної плазми включають плазмову модифікацію властивостей поверхні (алмазні плівки, нітридування металів, зміна змочуваності), плазмове травлення поверхонь (напівпровідникова промисловість), очищення газів і рідин (озонування води і спалювання частинок сажі в дизельних двигунах).
Гаряча плазма майже завжди повністю іонізована (ступінь іонізації 100%). Зазвичай саме вона розуміється під «четвертим агрегатним станом речовини». Прикладом може служити Сонце.
Густина
Крім температури, яка має фундаментальну важливість для самого існування плазми, другою найважливішою властивістю плазми є густина. Словосполучення густина плазми зазвичай позначає густину електронів, тобто число вільних електронів в одиниці об'єму (строго кажучи, тут, густиною називають концентрацію — не масу одиниці об'єму, а число часток в одиниці об'єму) . У квазінейтральній плазмі густина іонів пов'язана з нею за допомогою середнього зарядового числа іонів : . Наступною важливою величиною є густина нейтральних атомів . У гарячій плазмі величина мала, але може проте бути важливою для фізики процесів в плазмі. При розгляді процесів в густій, неідеальній плазмі характерним параметром густини стає , який визначається як відношення середньої відстані між частинками до борівського радіусу.
Квазінейтральність
Оскільки плазма є дуже хорошим провідником, електричні властивості мають важливе значення. Потенціалом плазми або потенціалом простору називають середнє значення електричного потенціалу у даній точці простору. У разі якщо в плазму внесено будь-яке тіло, його потенціал в загальному випадку буде менший за потенціал плазми внаслідок виникнення дебаєвського шару. Такий потенціал називають плаваючим потенціалом. Через гарну електричну провідність плазма прагне екранувати всі електричні поля. Це призводить до явища квазінейтральності — густина негативних зарядів з хорошою точністю дорівнює густині позитивних зарядів (). У зв'язку з хорошою електричною провідністю плазми поділ позитивних і негативних зарядів неможливий на відстанях більших за дебаївську довжину і часу більшого за період плазмових коливань.
Прикладом неквазінейтральної плазми є пучок електронів. Проте густина не-нейтральних плазм повинна бути дуже мала, інакше вони швидко розпадуться за рахунок кулонівського відштовхування.
1.4. Плазма у всесвіті.
Знання про речовину не можна вважати повними без вивчення її четвертого агрегатного стану - плазми. Ще видатний старогрецький вчений Арістотель припускав, що усі тіла складаються з чотирьох нижчих елементів-стихій: землі, води, повітря і вогню. Подальший розвиток науки наповнив новим змістом ці терміни. Дійсно речовина може бути в чотирьох станах: твердому, рідкому, газоподібному і плазмовому. Людина познайомилася з плазмою на зорі свого існування, побачивши блискавку. Плазма оточує нашу Землю у вигляді іоносфери, забезпечуючи стійкий радіозв'язок на Землі. Плазмою є наше Сонце і усі зірки (людина вже давно намагається відтворити Сонце на Землі в установках керованого термоядерного синтезу). Нарешті, плазма заповнює увесь Всесвіт у вигляді дуже розрідженого міжпланетного газу. В стані плазми знаходиться переважаюча частина речовини Всесвіту – зірки, зоряні атмосфери, туманності, галактичне і міжзоряне середовище. Біля Землі плазма існує в космосі у вигляді сонячного вітру, що заповнює магнітосферу Землі (утворюючи радіаційні пояси Землі) і іоносферу.
Геліосфера – це сонячне магнітне поле роздуте сонячним вітром на всю Сонячну систему. При зіткненні частинок сонячного вітру з верхньою атмосферою відбувається іонізація і збудження атомів і молекул газів, що входять до її складу. Випромінювання збуджених атомів і спостерігається як полярне сяйво. Процесами в навколоземній плазмі обумовлені магнітні бурі, полярні сяйва.
Термін плазма був введений фізіологами в середині вісімнадцятого століття для позначення безбарвного рідкого компонента крові, молока або живих тканин.
У 1923 р. американські фізики И. Ленгмюр і Л. Тонкс назвали плазмою особливий стан іонізованого газу. Фізиків плазма спочатку цікавила як своєрідний провідник електричного струму, а також як джерело світла. Нині фізичні властивості плазми розглядаються з іншої точки зору - і плазма з'являється перед нами в новому вигляді. По-перше, це природний стан речовини, нагрітої до дуже високої температури, по- друге, це динамічна система - об'єкт прикладання електромагнітних сил.
Слід зазначити, що наряду з нагріванням іонізація газу і утворення плазми можуть бути викликані різного роду випромінюваннями або бомбардуванням атомів газу швидкими зарядженими частинками. При цьому виникає так звана низькотемпературна плазма.
Будь-яка плазма характеризується ступенем іонізації (а) - відношенням числа іонізованих частинок до повного їх числа в одиниці об'єму плазми. Залежно від (а) говорять про слабко (а складає долі відсотка), помірно (а - декілька відсотків) і повністю (а близько до 100%) іонізовану плазму.
Плазма складається з суміші декількох компонент, неоднаково нагрітих. Однією з цих компонент є електрони, іншою – позитивні іони і третьою – нейтральні атоми. Вони так само рівномірно перемішані між собою, як кисень і азот в атмосфері.
Проте в протилежність звичайній газовій суміші, всі частинки якої незалежно від їх належності до тієї або іншої складової мають однакову середню кінетичну енергію безладного теплового руху, у електронів, іонів і нейтральних атомів плазми середня кінетична енергія різна. Електрони, як правило, мають набагато більшу енергію, ніж іони, а кінетична енергія іонів може перевищувати енергію нейтральних атомів і молекул. Тому можна сказати, що плазма є сумішшю компонент з різними температурами.
Тому слід розрізняти три різні температури: електронну Tе, іонну Tі і атомну T0. Зазвичай Tе >> Tі > T0, де “>>” означає “в багато раз більше”. Дуже велика відмінність між Tе і Tі обумовлена величезною різницею у масі електронів і іонів. Зовнішні джерела електричної енергії, за допомогою яких створюється і підтримується газовий розряд, передають енергію безпосередньо електронам плазми, оскільки саме легкі електрони є носіями електричного струму.
Плазму з іонною температурою Ті<105К називають низькотемпературною, а з Ті>106 К-високотемпературною. Високотемпературна плазма є основним об'єктом дослідження по керованому термоядерному синтезу. Низькотемпературна плазма знаходить застосування в газорозрядних джерелах світла, газових лазерах.
2.Властивості плазми.
2.1. Фізичні властивості.
Характерною особливістю плазми, на відміну від інших агрегатних станів, є екранування електростатичної взаємодії. В газі, твердому тілі чи рідині поляризація атомів і молекул призводить до зменшення взаємодії між зарядами на величину, яка визначається діелектричною сталою. В плазмі взаємодія не просто зменшується, вона дуже швидко, експоненційно, затухає із збільшенням віддалі між зарядами. Це екранування зумовлене перебудовою густини зарядів протилежного знаку навколо будь-якого заряду. Завдяки екрануванню електрони і йони в плазмі рухаються наче в усередненому полі, і їх можна трактувати як вільні частинки.
Завдяки екрануванню зовнішнє електричне поле не проникає в плазму на віддалі, суттєво більші, ніж довжина екранування. Однак, в плазму може проникати магнітне поле. Плазма, в якій магнітне поле достатньо сильне, щоб впливати на рух заряджених частинок називається намагніченою. Критерієм намагніченості плазми є відсутність зіткнення між частинками за один оберт у магнітному полі. Часто виникають випадки, коли електрони вже намагнічені, а йони ще ні. Намагнічена плазма анізотропна — її властивості залежать від напрямку відносно магнітного поля.
Базові характеристики плазми
Всі величини наведені у Гаусових СГС одиницях за виключенням температури, яка наведена у eV і маси іонів, яка наведена в одиницях маси протона ; Z — зарядове число; k — стала Больцмана; К — довжина хвилі; γ — адіабатичний індекс; ln Λ — Кулонівський логарифм.
Частоти
— Ларморова частота електрону, кутова частота кругового руху електрону у площині, що перпендикулярна до магнітного поля:
— Ларморова частота іону, кутова частота кругового руху іону у площині, що перпендикулярна до магнітного поля:
— плазмова частота (частота коливань плазми), частота з якою електрони коливаються навколо положення рівноваги, будучи зміщеними відносно іонів:
— іонна плазмова частота
— частота зіткнень електронів
— частота зіткнень іонів
Довжини
Де-Бройлева довжина хвилі електрону, довжина хвилі електрону у квантовій механиці:
мінімальна відстань зближення у класичному випадку, мінімальна відстань на яку можуть зблизитись дві заряджені частинки при лобовому зіткненні і початковій швидкості, що відповідає температурі частинок, нехтуючи квантово-механічні ефекти:
гіромагнітний радіус электрону, радіус кругового руху електрону у площині, що перпендикулярна до магнітного поля:
гіромагнітний радіус іону, радіус кругового руху іону у площині, що перпендикулярна до магнітного поля:
розмір скін-шару плазми, відстань на яку електромагнітні хвилі можуть проникати у плазму:
Радіус Дебая (довжина Дебая), відстань на яку електричні поля екрануються за рахунок перерозподілу електронів
Швидкості
Теплова швидкість електрону, формула для оцінки швидкості електронів при розподілі Максвелла. Середня швидкість, найбільш ймовірна швидкість і середньоквадратична швидкість відрізняються від цього виразу лише множниками, які приблизно дорівнюють одиниці:
Теплова швидкість іону, формула для оцінки швидкосіт іонів при розподілі Максвелла:
Швидкість іонного звуку, швидкість поздовжних іонно-звукових хвиль:
Альфвенівська швидкість, швидкість Альфвенівських хвиль
Безрозмірні величини
квадратний корінь із відношення мас електрону і протону:
Число частинок у сфері Дебая:
Відношення Альфвенівської швидкості до швидкості світла
відношення плазмової і ларморівської частот для електрону
відношення плазмової і ларморівської частот для іону
відношення теплової і магнітної енергій
відношення магнітної енергії до енергії спокою іонів
2.2.Відмінність від газу.
Основною відмінністю плазми від газу є те, що суттєвою складовою частиною плазми, поряд із атомами, йонами та електронами, є електромагнітне поле. Чітко визначеного фазового переходу між газом і плазмою не існує. Речовина переходить у стан плазми з газу поступово з підвищенням ступеня іонізації.
Присутність зарядів суттєво міняє характер взаємодії між частинками. Атоми газу взаємодіють між собою тільки у випадку зіткнень, коли віддалі між ними малі. Кулонівська взаємодія зарядів діє на великих віддалях, тому рух заряджених частинок у плазмі колективний — зміна положення однієї частинки викликає зміщення інших частинок, які в свою чергу призводять до подальшого зміщення ще дальших частинок. Ці зміщення супроводжуються розповсюдженням у плазмі електромагнітних хвиль, викликаних локальною зміною густини заряду. Для плазми характерні так звані плазмові коливання — узгоджене розповсюдження в просторі хвилі густини заряду та повздовжньої електромагнітної хвилі. У зв'язку з тим, що плазма складається принаймні з двох типів заряджених частинок: електронів та йонів, існують різні моди плазмових коливань — електронні плазмові коливання та йонні коливання, так званий іонний звук.
На колективні коливання в плазмі істотно впливає зовнішнє магнітне поле, змінюючи їх характер, і приводячи до існування значного числа різних типів хвиль. На відміну від газу плазма має високу електропровідність.
Термін плазма може застосовуватися лише до макроскопічної сукупності частинок в якій діють статистичні закономірності взаємокомпенсації та взаємного екранування зарядів. Тому при точнішому визначенні плазми вказують, що сукупність частинок може вважатися плазмою лише за умов, якщо її розміри значно більші за дебаївський радіус екранування.
Отже, визначення плазми як «газоподібного середовища, де концентрації позитивних і негативних зарядів практично однакові, а хаотичний рух частинок переважає над упорядкованим рухом їх навіть в електричному полі.» — є дещо спрощеним.
Для фізики щільної плазми справедливе твердження, що її можна вважати підрозділом фізики суцільних середовищ, так як при дослідженні щільної плазми мова йде про макроскопічному поведінці частково або повністю іонізованої суцільного середовища. Однак розріджена плазма не завжди адекватно описується методами механіки суцільних середовищ.
Якщо будь-яка речовина загострити до дуже високої температури або пропускати через нього сильний електричний струм, його електрони починають відриватися від атомів. Те, що залишається від атомів після відриву електрона, має позитивний заряд і називається іоном, сам процес відриву електронів від атомів називається іонізацією. У результаті іонізації виходить суміш вільних частинок з позитивними і негативними зарядами. Цю суміш назвали плазмою.
При відриві електронів розриваються і всі зв'язки, які утримують частинки в кристалі або рідини. Здавалося б, у русі частинок не повинен залишитися ніякого порядку. І дійсно, плазма багато в чому схожа на газ. Іноді її так і називають - газом із заряджених частинок або іонізованних газом. Але самі чудові властивості плазми виявляються тоді, коли на неї діє магнітне поле. При цьому в русі частинок плазми проявляється деякого роду порядок і властивості плазми стають зовсім іншими, ніж у газу. За цим плазму і називають четвертим станом речовини. Порядок, який вносить магнітне поле в рух частинок плазми, зовсім особливий порядок. Його можна назвати гвинтовим. Заряджена частинка може вільно рухатися вздовж напрямку магнітного поля. Але при цьому вона швидко обертається навколо напрямку магнітного поля. Це обертання відбувається за тим же законом, що і в круговому прискорювачі заряджених частинок - циклотроні. Тому обертання частинок плазми навколо напрямку магнітного поля так і називають - циклотронний обертанням. З поєднання вільного руху вздовж поля і циклотронного обертання поперек поля виходить гвинтовий рух частинок плазми. Якщо плазма не дуже щільна, то частинки рідко стикаються між собою: кожна рухається за своїм гвинту. У поперечному напрямку така плазма може рухатися тільки разом з магнітним полем. Для наочності кажуть, що магнітне поле як би вмерзатимуть в плазму. Але зовні магнітне поле не може проникнути в плазму. Якщо зовні виникає сильне магнітне поле, воно тисне на плазму з силою, яку так і називають - силою магнітного тиску. Звідси випливає, що плазму можна утримувати «магнітної стінкою», штовхати «магнітним поршнем». Можна сказати: якщо вздовж магнітного поля плазма рухається як газ, то при русі упоперек магнітного поля вона знаходить до певної міри властивості твердого тіла.
3.Застосування плазми.
Електрична дуга - найбільш підходяще середовище для таких реакцій, які не можуть протікати в звичайних умовах по термодинамічних причин. Можна запалити плазму в кисні і використовувати високу реакційну здатність виходить при цьому озону. В азотній плазмі можна отримати такі екзотичні сполуки, як тетрафторид азоту N 2 F 4 або нітрид титану TiN. Воднева плазма проявляє відновлює дію, тому її можна застосовувати для розтину залізних руд. Тривалість реакцій у високотемпературній плазмі вкрай мала. Метан, наприклад, при 4 800 - 5 300 K за 1 / 10000 c на 75 - 80% перетворюється в ацітелен. Головною перевагою методів плазмохімії є те, що склад вихідної сировини може коливатися в широких межах. Реакції можуть протікати і в холодній плазмі при температурах нижче 400 K. Цікавим прикладом може послужити азотування в тліючому розряді, що застосовується для поверхневого зміцнення сталі.
Якщо будь-яка речовина загострити до дуже високої температури або пропускати через нього сильний електричний струм, його електрони починають відриватися від атомів. Те, що залишається від атомів після відриву електрона, має позитивний заряд і називається іоном, сам процес відриву електронів від атомів називається іонізацією. У результаті іонізації виходить суміш вільних частинок з позитивними і негативними зарядами. Цю суміш назвали плазмою.
При відриві електронів розриваються і всі зв'язки, які утримують частинки в кристалі або рідини. Здавалося б, у русі частинок не повинен залишитися ніякого порядку. І дійсно, плазма багато в чому схожа на газ. Іноді її так і називають - газом із заряджених частинок або іонізованних газом. Але самі чудові властивості плазми виявляються тоді, коли на неї діє магнітне поле. При цьому в русі частинок плазми проявляється деякого роду порядок і властивості плазми стають зовсім іншими, ніж у газу. За цим плазму і називають четвертим станом речовини. Порядок, який вносить магнітне поле в рух частинок плазми, - зовсім особливий порядок. Його можна назвати гвинтовим. Заряджена частинка може вільно рухатися вздовж напрямку магнітного поля. Але при цьому вона швидко обертається навколо напрямку магнітного поля. Це обертання відбувається за тим же законом, що і в круговому прискорювачі заряджених частинок - циклотроні. Тому обертання частинок плазми навколо напрямку магнітного поля так і називають - циклотронний обертанням. З поєднання вільного руху вздовж поля і циклотронного обертання поперек поля виходить гвинтовий рух частинок плазми. Якщо плазма не дуже щільна, то частинки рідко стикаються між собою: кожна рухається за своїм гвинту. У поперечному напрямку така плазма може рухатися тільки разом з магнітним полем. Для наочності кажуть, що магнітне поле як би вмерзатимуть в плазму. Але зовні магнітне поле не може проникнути в плазму. Якщо зовні виникає сильне магнітне поле, воно тисне на плазму з силою, яку так і називають - силою магнітного тиску. Звідси випливає, що плазму можна утримувати «магнітної стінкою», штовхати «магнітним поршнем». Можна сказати: якщо вздовж магнітного поля плазма рухається як газ, то при русі упоперек магнітного поля вона знаходить до певної міри властивості твердого тіла.
На цих властивостях плазми засновано багато природні явища, які починають використовувати в техніці. Сонце - величезна куля, що складається з розжареної плазми. З поверхні Сонця безперервно стікає спокійний потік плазми - так званий сонячний вітер. Час від часу на поверхні Сонця відбуваються спалахи. При кожній такій спалах у космос вихлюпується короткочасний потік плазми. Ці плазмові потоки, досягаючи атмосфери землі, викликають у ній багато чудових явищ: полярне сяйво, магнітні бурі, порушення радіозв'язку. Справа в тому, що й довкола Землі є плазмова оболонка, тільки ця оболонка знаходиться високо. Адже Сонце разом з видимим світлом посилає невидимі ультрафіолетові промені. Ці промені впливають на атоми повітря і відривають від електрони, тобто виробляють іонізацію. Так виходить, що верхні шари атмосфери - іоносфера - складаються з іонізованого повітря, інакше кажучи, з плазми. Плазма з кожним роком все частіше застосовується в техніці. У звичайній поки електричній лампочці світиться розпечена нитка металу. А в лампах денного світла світиться плазма, що заповнює скляну трубку. Починають входити у вжиток плазмові пальники для зварювання та різання металів.
На цих властивостях плазми засновано багато природні явища, які починають використовувати в техніці. Сонце - величезна куля, що складається з розжареної плазми. З поверхні Сонця безперервно стікає спокійний потік плазми - так званий сонячний вітер. Час від часу на поверхні Сонця відбуваються спалахи. При кожній такій спалах у космос вихлюпується короткочасний потік плазми. Ці плазмові потоки, досягаючи атмосфери землі, викликають у ній багато чудових явищ: полярне сяйво, магнітні бурі, порушення радіозв'язку. Справа в тому, що й довкола Землі є плазмова оболонка, тільки ця оболонка знаходиться високо. Адже Сонце разом з видимим світлом посилає невидимі ультрафіолетові промені. Ці промені впливають на атоми повітря і відривають від електрони, тобто виробляють іонізацію. Так виходить, що верхні шари атмосфери - іоносфера - складаються з іонізованого повітря, інакше кажучи, з плазми. Плазма з кожним роком все частіше застосовується в техніці. У звичайній поки електричній лампочці світиться розпечена нитка металу. А в лампах денного світла світиться плазма, що заповнює скляну трубку. Починають входити у вжиток плазмові пальники для зварювання та різання металів.
Найширше застосування плазма знайшла в світлотехніці - в газорозрядних лампах, що освітлюють вулиці. Гуляючи увечері по вулицях міста, ми милуємося світловою рекламою, не думаючи про те, що в рекламних лампах світиться неонова або аргонова плазма. Користуємося лампами денного світла.
Дуга електричної зварки теж плазма. Будь-яка речовина, нагріта до достатньо високої температури, переходить в стан плазми. Легше всього це відбувається з парами лужних металів, таких, як натрій, калій, цезій.
Звичайне полум'я має деяку теплопровідність. Воно, хоч і слабко іонізоване, але є плазмою. Причина цієї провідності - невелика домішка натрію, який можна розпізнати по жовтому світінню полум’я.
Плазма застосовується в самих різних газорозрядних приладах: засобах відображення інформації ,випрямлячах електричного струму, стабілізаторах напруги, плазмових підсилювачах і генераторах надвисоких частот (НВЧ).
Всі так звані газові лазери (гелій-неоновий, криптоновий, на діоксиді вуглецю та ін.) насправді плазмові: газові суміші в них іонізовані електричним розрядом. Властивості, характерні для плазми, мають електрони провідності в металі (йони, жорстко закріплені в кристалічній решітці, нейтралізують їх заряди), сукупність вільних електронів і рухомих «дірок» (вакансій) в напівпровідниках. Тому такі системи називають плазмою твердих тіл.
Існують генератори низькотемпературної плазми - плазмотрони, в яких використовується електрична дуга. За допомогою плазмотрона можна нагрівати майже будь-який газ до 7000-10000 градусів за соті і тисячні долі секунди. Із створенням плазмотрона виникла нова область науки - плазмова хімія: багато хімічних реакцій прискорюються або відбуваються лише в плазмовому струмені. Плазмотрони застосовуються і в гірничо-рудній промисловості, і для різки металів. Створені також плазмові двигуни, магнітогідродинамічні електростанції ( магнітогідродинамічний генератор, МГД - генератор — енергетична установка, в якій енергія робочого тіла (рідкого або газоподібного електропровідного середовища), що рухається в магнітному полі, перетворюється безпосередньо в електричну енергію). Розробляються різні схеми плазмового прискорення заряджених частинок.
Висновки
Плазма — частково або повністю іонізований газ, в якому густини позитивних і негативних зарядів практично однакові.
Плазма зазвичай поділяється на ідеальну і неідеальну, низькотемпературну і високотемпературну, рівноважну і нерівноважну, при цьому досить часто холодна плазма буває нерівноважною, а гаряча рівноважною.
Плазма - ще маловивчений об'єкт не тільки у фізиці, але і в хімії (плазмохімії), астрономії і багатьох інших науках. Тому найважливіші технічні положення фізики плазми до цих пір не вийшли зі стадії лабораторної розробки. У стані плазми, стверджують вчені, знаходиться переважна частина речовини Всесвіту: зірки, галактичні туманності, міжзоряне середовище. Сонячний вітер також, на думку фізиків, являє собою плазму.
Плазма є стан речовини, найбільш поширене в космосі і володіє дуже цікавими властивостями, які знаходять все більш широке застосування в розробках, присвячених великих проблем сучасної техніки. Наприклад, Сонце і зірки є прикладами високотемпературної плазми. Вони являють собою не що інше, як згустки високотемпературної плазми. Верхній шар атмосферної оболонки Землі також утворений з плазми - це так звана іоносфера.
В даний час плазма активно вивчається тому має величезне значення для науки і техніки. Ця тема цікава ще й тим, що плазма - четвертий стан речовини, про існування якого люди не підозрювали до XX століття. Можливо, що плазма і є той першоелемент, який так завзято шукали алхіміки середніх століть.