پلاسما، حالت چهارم ماده

پلاسما یکی از چهار فاز اصلی ماده است. (سه فاز دیگر: جامد، مایع، گاز) پلاسما گاز شبه خنثایی از ذرات باردار و خنثی است که رفتار جمعی از خود ارائه می‌دهد.

واژه پلاسما به گاز یونیزه‌شده‌ای گفته 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 یونیزه‌شده‌ای که تعداد الکترون‌های آزاد آن تقریباً برابر با تعداد یون‌های مثبت آن باشد، پلاسما گفته می‌شود.

پلاسما در گذشته در بین گازها طبقه بندی می‌شد ولی امروزه پلاسما را نوع خاصی از مواد می‌نامند زیرا مهم‌ترین خاصیت گازها یعنی پیروی از PV=nRT را ندارند علت این امر این است که پلاسما گازی متشکل از یون‌هاست و این باعث می‌شود که نشود این ماده را فشرده کرد چون بارهای همنام یونها به شدت یکدیگر را می‌رانند و نیروی عظیمی ایجاد می‌شود و همچنین گازها نمی‌توانند الکتریسیته را انتقال دهند ولی پلاسما این کار را می‌کند اساس کار گوی پلاسما هم همین است در گوی پلاسما می‌توان برق را در حال انتقال روی هوا مشاهده کرد. از جمله مواد پلاسما می‌توان به آتش اشاره کرد.

در سال ۱۸۷۹ (میلادی) فیزیکدان انگلیسی سر ویلیام کروکس، هنگام بررسی ویژگی‌های ماده در تخلیهٔ الکتریکی، پیشنهاد کرد که نوع خاص گاز به عنوان حالت چهارم ماده نامگذاری شود.

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.

نحوه عملکرد و آماده سازی نمونه جامد برای دستگاه اسپکتروفتومتر مادون قرمز

گفته می‌شود ۹۹٪ ماده موجود در طبیعت در حالت پلاسماست. این برآورد، تخمین معقولی است از این واقعیت که ماده درون ستارگان و اتمسفر اطراف آن‌ها ابرهای گازی و نیز فضای بین ستارگان اغلب بصورت پلاسماست. در نزدیکی خود ما، هنگامی که جو زمین را ترک می‌کنیم بلافاصله با پلاسمایی مواجه می‌شویم که شامل کمربندهای تشعشعی وان آلن و بادهای خورشیدی است.

با نگاهی به زندگی پیرامونمان می‌توان نمونه‌های متنوعی از پلاسما را یافت. جرقه رعد و برق، تابش ملایم شفق قطبی، گازهای داخل یک لامپ فلورسنت یا لامپ نئون و یونش و لامپ مهتابی. مختصری که در گازهای خروجی یک موشک دیده می‌شود.

با این وجود حالت‌های غالب ماده در بخشی از جهان که ما در آن زندگی می‌کنیم جامد، مایع و گاز می‌باشند؛ بنابراین می‌توان گفت ما در ۱ درصدی از جهان زندگی می‌کنیم که در آن حالتی از ماده به جز پلاسما غلبه دارد.

انواع پلاسما

  • پلاسمای رسانا
  • پلاسمای غیر رسانا

پلاسمای جو
نزدیکترین پلاسما به کره زمین، یونوسفر است که از ۱۵۰ کیلومتری سطح زمین شروع می‌شود و به طرف بالا ادامه می‌یابد. لایه‌های بالاتر یونسفر، سیستم‌هایی فیزیکی به فرم پلاسما هستند که توسط تابش‌های با طول موج کوتاه در طیف وسیعی از پرتوهای فرابنفش گرفته تا پرتوهای ایکس و همچنین پرتوهای کیهانی و الکترون‌هایی که به گلنونسفر برخورد می‌کنند، یونیزه می‌شوند.

شفق قطبی
پدیده شفق شمالی نیز گونه‌ای پلاسما است که تحت اثر یونیده‌شدن ذرات باردار به دام افتاده در میدان مغناطیسی زمین ایجاد می‌شود. یونسفر پلاسمایی با قابلیت جذب پرتوهای ایکس، فرابنفش، تابش خورشیدی، بازتاب امواج کوتاه و رادیویی اهمیت اساسی در ارتباط رادیویی در سراسر جهان دارد. زهره و مریخ نیز لایه یونسفری دارند.

ترموشیمی (گرماشیمی) Thermochemistry

هسته‌های دنباله‌دارها
هسته‌های دنباله‌دارها نیز به فضای میان پلاسمایی پرتاب می‌شوند. از طرف دیگر، خورشید منظومه شمسی مانند یک کره پلاسمایی است. درخشندگی زیاد خورشید مانند درخشندگی پلاسمایی است. خورشید به سه بخش گازی فتوسفر، کروموسفر و کورونا (که دمای کرونای آن بیش از یک میلیون درجه سانتی‌گراد است) تشکیل شده است و انتظار می‌رود که هزاران سال به درخشندگی خود ادامه بدهد.

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

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

گوی‌ پلاسما
گوی‌های پلاسما یا لامپ‌های پلاسما پدیده‌های نوظهوری هستند که در دهه ۱۹۸۰ رواج بیشتری داشتند. گوی پلاسما توسط نیکولا تسلا اختراع شده‌است.

وی پس از آزمایش‌های جریان بسامد بالا که به منظور بررسی پدیده ولتاژ بالا، آنها را درون لوله شیشه‌ای انجام می‌داد به این اختراع دست یافت ولی انواع امروزی آن بوسیله بیل پارکر طراحی شده‌اند. تسلا نوآوری خود را لوله تخلیه الکتریکی گاز خنثی نام‌گذاری کرد.

 

گوی‌های پلاسما بیشتر به شکل کره‌ای یا استوانه‌ای ساخته می‌شوند.هر چند انواع گوناگونی از گوی‌های پلاسما وجود دارند ولی در حالت کلی، گوی پلاسما یک کره شیشه‌ای پر شده با آمیزه‌ای از گازها -معمولاً هلیوم و نئون و گهگاه زنون و کریپتون- است که در فشار کم(کمتر از ۰٫۰۱ اتمسفر) نگهداشته می‌شود و بوسیله یک ترانسفورماتور جریان متناوب بسامد بالا (حدود ۳۵ کیلوهرتز و۲kV) تغذیه میگردد.کره‌ای بسیار کوچکتر که در مرکز گوی شیشه‌ای قرار دارد نقش الکترود را بازی می‌کند.

آئروژل یا هوا ژل

رشته‌های پلاسما از کره مرکزی به سمت عایق شیشه‌ای بیرونی کشیده می‌شوند و پرتوهای ثابتی از نور را پدید میاورند. پرتوها نخست در راستای خطوط میدان دوقطبی قرار می‌گیرند ولی سپس تحت تاثیر همرفت به بالا حرکت می‌کنند.

 

Plasma 2
بخش داخلی یک گوی پلاسما

 

با نزدیک کردن دست به جداره شیشه میدان الکتریکی بسامد بالا تغییر شکل می‌یابد و این امر باعث می‌شود پرتو به سمت نقطه تماس تغییر جهت دهد. اینجا شیشه، نقش دی الکتریک خازن را بازی می‌کند که بین دست و گاز یونیده شده قرار گرفته‌است. با توجه به اینکه شیشه عایق مغناطیسی نیست، اگر یک جسم رسانا را نزدیک گوی کنیم در آن جریان الکتریکی القا می‌شود.

هنگام قرار دادن ابزار الکترونیکی در مجاورت گوی پلاسما باید توجه داشت که نه تنها احتمال داغ شدن شیشه وجود دارد بلکه ولتاژ بالا حتی با وجود محافظ پلاستیکی می‌تواند بار استاتیکی قابل توجهی روی دستگاه قرار دهد. میدان بسامد رادیویی تولید شده توسط گوی‌های پلاسما می‌تواند بر کارکرد صفحه‌های لمسی رایانه‌ها، پخش‌کننده‌های ام‌پی۳ و تلفن‌های همراه تأثیرگذار باشد.

تداخل فرکانس‌های رادیویی تولیدی برخی از انواع این گوی‌ها می‌تواند بر تلفن‌های بیسیم و اتصالات وای‌فای تا چندین متر آن‌سوتر نیز تأثیر بگذارد. بعلاوه اگر جسمی رسانا مانند سکه را روی شیشه قرار دهیم احتمال شوک الکتریکی و سوختگی وجود خواهد داشت.

اگر یک گوی متوسط را با فویل زمین‌شده بپوشانیم ده‌ها میلی‌آمپر جریان بواسطه تزویج خازنی انتقال خواهد یافت که برای روشن کردن یک لامپ کوچک یا زدن یک جرقه کفایت می‌کند. دلیل این انتقال این است که شیشه نقش دی‌الکتریک را ایفا می‌کند واگر گاز را یکی از صفحات خازن در نظر بگیریم فویل یا هر جسم رسانای دیگر در حکم صفحه مقابل خواهد بود.

راکتور هسته ای

گاز اوزون که برای انسان زیان‌بار است پس چند دقیقه کار کردن لامپ روی سطح آن انباشته می‌شود که اگر دست یا جسم رسانای دیگری روی شیشه باشد این انباشتگی بیشتر خواهد بود.

منبع: ویکی پدیا

مقالات مرتبط

لیزر

لیزر مخفف عبارت light amplification by stimulated emission of radiation می باشد و به معنای تقویت نور توسط تشعشع تحریک شده است.اولین لیزر جهان توسط…

پاسخ‌ها

dictum lectus commodo accumsan elit. diam ante. id mattis risus. ipsum quis