Бытовой опыт может без труда убедить человека, что вещества могут находиться в трёх состояниях — жидком, газообразном и твёрдом. Если перенести лёд из морозилки на кухонный стол и пронаблюдать за последующими явлениями, то мы увидим, как твёрдый кусок превратится в воду, а затем в пар. Все три состояния последовательно предстанут перед наблюдателем. Подобный эксперимент и рассуждения о формах веществ справедливы, но только в определённых условиях. Если температуру окружающей среды поднять до 10 тысяч градусов, то мы будем иметь дело с четвёртым состоянием, горячим наэлектризованным газом. Это плазма.
Известная материя,из которой состоит Вселенная, на 99% является плазмой. Здесь нет никакого преувеличения, ведь большая часть доступных для наблюдения объектов космоса, вроде туманностей и горячих звёзд, образованы плазмой. Найти её легко даже не покидая Земли. Яркая молния в небе и пламя спички являются плазмой, пусть и не точно такой же, как в глубинах Солнца.
О том, что вещество при высоких температурах переходит в необычную форму, способную проводить ток, физики заговорили в XIX веке. С 1920-х годов началось изучение плазмы и способов её использования.
А теперь о сути явления.
Чтобы перейти в четвёртое состояние вещества, газу нужно изменить свою структуру. Он состоит из атомов, микроскопических объектов с ядром и электронами вокруг ядра. Под воздействием потока фотонов, высокой температуры или ионизирующего излучения электрон получает энергию и может улететь от ядра. Атом становится ионом, заряженной частицей. Газ преобразуется в смесь «нормальных» атомов, ионов и электронов. Последние два вида объектов обладают способностью переносить электрический заряд.
Оказавшись в состоянии свободного полёта, плазменные частицы способны группироваться. Вот только заряды электронов и ионов имеют разный знак, что провоцирует появление в плазме мощных электрических токов. Если на одном участке в облаке плазмы оказывается много электронов, то туда устремляются ионы и наоборот, ведь разноимённые заряды притягиваются.
Внутри вещества в состоянии плазмы появляется ещё один характерный феномен. В обычном газе как правило атомы могут лишь сталкиваться со своими ближайшими соседями, а электроны и ионы плазмы взаимодействуют особым образом — группами, испытывая влияние не только ближайших частиц, но и достаточно далёких.Говорят о возникновении «коллективного поведения».
Северное сияние, на иллюстрации к этой заметке, возникает благодаря ионизации газа космическими лучами и образованию плазмы.
Было интересно? Посмотрите другие материалы канала и подпишитес