დრო, როცა პლაზმას რაღაც არარეალურთან, გაუგებართან, ფანტასტიურთან ვაკავშირებდით, დიდი ხანია წავიდა. დღეს ეს კონცეფცია აქტიურად გამოიყენება. პლაზმა გამოიყენება ინდუსტრიაში. იგი ყველაზე ფართოდ გამოიყენება განათების ინჟინერიაში. ამის მაგალითია ქუჩების განათების გაზის გამომშვები ნათურები. მაგრამ ის ასევე გვხვდება ფლუორესცენტურ ნათურებში. ასევე არის ელექტრო შედუღებაში. ყოველივე ამის შემდეგ, შედუღების რკალი არის პლაზმა, რომელიც წარმოიქმნება პლაზმური ჩირაღდნით. სხვა მრავალი მაგალითის მოყვანა შეიძლება.
პლაზმის ფიზიკა მეცნიერების მნიშვნელოვანი დარგია. აქედან გამომდინარე, ღირს მასთან დაკავშირებული ძირითადი ცნებების გაგება. სწორედ ამას ეძღვნება ჩვენი სტატია.
პლაზმის განმარტება და ტიპები
რა არის პლაზმა? ფიზიკაში განმარტება საკმაოდ ნათელია. პლაზმური მდგომარეობა არის მატერიის ისეთი მდგომარეობა, როდესაც ამ უკანასკნელს აქვს დამუხტული ნაწილაკების (მატარებლების) მნიშვნელოვანი (ნაწილაკების მთლიანი რაოდენობის შესაბამისი) რაოდენობა, რომლებსაც შეუძლიათ მეტ-ნაკლებად თავისუფლად გადაადგილდნენ ნივთიერების შიგნით. ფიზიკაში შეიძლება განვასხვავოთ პლაზმის შემდეგი ძირითადი ტიპები. თუ მატარებლები მიეკუთვნებიან იმავე ტიპის ნაწილაკებს (დასაპირისპირო მუხტის ნაწილაკებს, რომლებიც ანეიტრალებენ სისტემას, არ აქვთ გადაადგილების თავისუფლება), მას ერთკომპონენტიანი ეწოდება. წინააღმდეგ შემთხვევაში, ეს არის - ორ ან მრავალკომპონენტიანი.
პლაზმის მახასიათებლები
მაშ ასე, ჩვენ მოკლედ აღვწერეთ პლაზმის კონცეფცია. ფიზიკა ზუსტი მეცნიერებაა, ამიტომ განმარტებები აქ შეუცვლელია. ახლა მოდით ვისაუბროთ მატერიის ამ მდგომარეობის ძირითად მახასიათებლებზე.
პლაზმის თვისებები ფიზიკაში შემდეგია. უპირველეს ყოვლისა, ამ მდგომარეობაში, ისედაც მცირე ელექტრომაგნიტური ძალების მოქმედებით, წარმოიქმნება მატარებლების მოძრაობა - დენი, რომელიც მიედინება ამ გზით, სანამ ეს ძალები არ გაქრება მათი წყაროების სკრინინგის გამო. ამრიგად, პლაზმა საბოლოოდ გადადის ისეთ მდგომარეობაში, სადაც ის კვაზინეიტრალურია. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მის მოცულობას, რომელიც აღემატება ზოგიერთ მიკროსკოპულ მნიშვნელობას, აქვს ნულოვანი მუხტი. პლაზმის მეორე მახასიათებელი დაკავშირებულია კულონისა და ამპერის ძალების შორ მანძილზე. ეს მდგომარეობს იმაში, რომ ამ მდგომარეობაში მოძრაობას, როგორც წესი, აქვს კოლექტიური ხასიათი, რომელიც მოიცავს დამუხტული ნაწილაკების დიდ რაოდენობას. ეს არის პლაზმის ძირითადი თვისებები ფიზიკაში. სასარგებლო იქნება მათი დამახსოვრება.
ორივე ეს თვისება იწვევს იმ ფაქტს, რომ პლაზმის ფიზიკა უჩვეულოდ მდიდარი და მრავალფეროვანია. მისი ყველაზე ნათელი გამოვლინებაა სხვადასხვა სახის არასტაბილურობის წარმოშობის სიმარტივე. ისინი სერიოზული დაბრკოლებაა, რომელიც აფერხებს პლაზმის პრაქტიკულ გამოყენებას. ფიზიკა არის მეცნიერება, რომელიც მუდმივად ვითარდება. აქედან გამომდინარე, შეიძლება ვიმედოვნებთ, რომ დროთა განმავლობაში ეს დაბრკოლებებიაღმოიფხვრება.
პლაზმა სითხეებში
სტრუქტურების კონკრეტულ მაგალითებს რომ მივმართოთ, დავიწყოთ შედედებულ მატერიაში პლაზმური ქვესისტემების განხილვით. სითხეებს შორის, პირველ რიგში, უნდა დავასახელოთ თხევადი ლითონები - მაგალითი, რომელსაც პლაზმური ქვესისტემა შეესაბამება - ელექტრონის მატარებლების ერთკომპონენტიანი პლაზმა. მკაცრად რომ ვთქვათ, ჩვენთვის საინტერესო კატეგორიაში ასევე უნდა შედიოდეს ელექტროლიტური სითხეები, რომლებშიც არის მატარებლები - ორივე ნიშნის იონები. თუმცა, სხვადასხვა მიზეზის გამო, ელექტროლიტები არ შედის ამ კატეგორიაში. ერთ-ერთი მათგანია ის, რომ ელექტროლიტში არ არის მსუბუქი, მობილური მატარებლები, როგორიცაა ელექტრონები. ამიტომ, ზემოაღნიშნული პლაზმური თვისებები გაცილებით სუსტად არის გამოხატული.
პლაზმა კრისტალებში
კრისტალებში პლაზმას განსაკუთრებული სახელი აქვს - მყარი მდგომარეობის პლაზმა. იონურ კრისტალებში, თუმცა არის მუხტები, ისინი უმოძრაოა. ამიტომ, პლაზმა არ არსებობს. მეტალებში ეს არის გამტარი ელექტრონები, რომლებიც ქმნიან ერთკომპონენტიან პლაზმას. მისი მუხტი კომპენსირდება უმოძრაო (უფრო ზუსტად, დიდ მანძილზე გადაადგილება არ შეუძლია) იონების მუხტით.
პლაზმა ნახევარგამტარებში
პლაზმის ფიზიკის საფუძვლების გათვალისწინებით, უნდა აღინიშნოს, რომ ვითარება ნახევარგამტარებში უფრო მრავალფეროვანია. მოკლედ დავახასიათოთ. ამ ნივთიერებებში ერთკომპონენტიანი პლაზმა შეიძლება წარმოიშვას მათში შესაბამისი მინარევების შეყვანის შემთხვევაში. თუ მინარევები ადვილად ჩუქნიან ელექტრონებს (დონორებს), მაშინ ჩნდება n ტიპის მატარებლები - ელექტრონები. თუ მინარევები, პირიქით, ადვილად ართმევენ ელექტრონებს (მიმღებებს), მაშინ წარმოიქმნება p-ტიპის მატარებლები.- ხვრელები (ელექტრონების განაწილების ცარიელი ადგილები), რომლებიც იქცევიან დადებითი მუხტის მქონე ნაწილაკების მსგავსად. ელექტრონებითა და ხვრელების მიერ წარმოქმნილი ორკომპონენტიანი პლაზმა წარმოიქმნება ნახევარგამტარებში კიდევ უფრო მარტივი გზით. მაგალითად, ის ჩნდება სინათლის ტუმბოს მოქმედების ქვეშ, რომელიც აფრქვევს ელექტრონებს ვალენტობის ზოლიდან გამტარ ზოლში. ჩვენ აღვნიშნავთ, რომ გარკვეულ პირობებში, ერთმანეთზე მიზიდულ ელექტრონებსა და ხვრელებს შეუძლიათ შექმნან შეკრული მდგომარეობა, რომელიც ჰგავს წყალბადის ატომს - ექსციტონს, ხოლო თუ გადატუმბვა ინტენსიურია და ექსციტონების სიმკვრივე მაღალია, მაშინ ისინი ერწყმის ერთმანეთს და ქმნიან წვეთს. ელექტრონული ხვრელის სითხე. ზოგჯერ ასეთი მდგომარეობა განიხილება მატერიის ახალ მდგომარეობად.
გაზის იონიზაცია
ზემოხსენებული მაგალითები მოხსენიებულია პლაზმური მდგომარეობის განსაკუთრებულ შემთხვევებზე და პლაზმას მის სუფთა სახით ეწოდება იონიზებული გაზი. ბევრმა ფაქტორმა შეიძლება გამოიწვიოს მისი იონიზაცია: ელექტრული ველი (გაზის გამონადენი, ჭექა-ქუხილი), სინათლის ნაკადი (ფოტოიონიზაცია), სწრაფი ნაწილაკები (რადიოაქტიური წყაროებიდან გამოსხივება, კოსმოსური სხივები, რომლებიც აღმოაჩინეს სიმაღლესთან იონიზაციის ხარისხის გაზრდით). თუმცა, მთავარი ფაქტორია გაზის გათბობა (თერმული იონიზაცია). ამ შემთხვევაში ელექტრონის ატომიდან გამოყოფა იწვევს ამ უკანასკნელთან შეჯახებას სხვა აირის ნაწილაკთან, რომელსაც აქვს საკმარისი კინეტიკური ენერგია მაღალი ტემპერატურის გამო.
მაღალი და დაბალი ტემპერატურის პლაზმა
დაბალტემპერატურული პლაზმის ფიზიკა არის ის, რომელთანაც თითქმის ყოველდღე შევდივართ კონტაქტში. ასეთი მდგომარეობის მაგალითებია ცეცხლი,ნივთიერება გაზის გამონადენში და ელვაში, ცივი კოსმოსური პლაზმის სხვადასხვა ტიპები (პლანეტებისა და ვარსკვლავების იონო- და მაგნიტოსფეროები), სამუშაო ნივთიერება სხვადასხვა ტექნიკურ მოწყობილობებში (MHD გენერატორები, პლაზმური ძრავები, სანთურები და ა.შ.). მაღალტემპერატურული პლაზმის მაგალითებია ვარსკვლავების მატერია მათი ევოლუციის ყველა სტადიაზე, გარდა ადრეული ბავშვობისა და სიბერისა, მოქმედი ნივთიერება კონტროლირებად თერმობირთვული შერწყმის ობიექტებში (ტოკამაკები, ლაზერული მოწყობილობები, სხივური მოწყობილობები და ა.შ.).
მატერიის მეოთხე მდგომარეობა
საუკუნენახევრის წინ ბევრი ფიზიკოსი და ქიმიკოსი თვლიდა, რომ მატერია მხოლოდ მოლეკულებისა და ატომებისგან შედგება. ისინი გაერთიანებულია კომბინაციებში ან სრულიად უწესრიგოდ ან მეტ-ნაკლებად მოწესრიგებული. ითვლებოდა, რომ არსებობს სამი ფაზა - აირისებრი, თხევადი და მყარი. ნივთიერებები მათ იღებენ გარე პირობების გავლენის ქვეშ.
თუმცა, ამჟამად შეგვიძლია ვთქვათ, რომ არსებობს მატერიის 4 მდგომარეობა. ეს არის პლაზმა, რომელიც შეიძლება ჩაითვალოს ახალად, მეოთხედ. მისი განსხვავება შედედებული (მყარი და თხევადი) მდგომარეობებისგან მდგომარეობს იმაში, რომ გაზის მსგავსად, მას არ აქვს არა მხოლოდ ათვლის ელასტიურობა, არამედ ფიქსირებული მოცულობა. მეორეს მხრივ, პლაზმას აქვს საერთო შედედებულ მდგომარეობასთან მოკლე დიაპაზონის რიგის არსებობა, ანუ ნაწილაკების პოზიციებისა და შემადგენლობის კორელაცია მოცემული პლაზმური მუხტის მიმდებარედ. ამ შემთხვევაში, ასეთი კორელაცია წარმოიქმნება არა ინტერმოლეკულური, არამედ კულონური ძალებით: მოცემული მუხტი იგერიებს თავის თავთან ამავე სახელწოდების მუხტს და იზიდავს საპირისპირო მუხტს.
პლაზმის ფიზიკა მოკლედ განვიხილეთ ჩვენ მიერ. ეს თემა საკმაოდ მოცულობითია, ამიტომ მხოლოდ იმის თქმა შეგვიძლია, რომ მისი საფუძვლები გამოვავლინეთ. პლაზმის ფიზიკა, რა თქმა უნდა, იმსახურებს შემდგომ განხილვას.
