Plasma - các loại, thuộc tính và thông số

Plasma là trạng thái tổng hợp thứ tư của vật chất—một loại khí bị ion hóa cao trong đó các electron, cũng như các ion mang điện tích dương và âm, gần như cân bằng hoàn toàn điện tích của nhau. Kết quả là, nếu chúng ta cố gắng tính tổng điện tích trong bất kỳ thể tích plasma nhỏ nào, thì nó sẽ bằng không. Đặc tính này phân biệt plasma với các chùm electron và ion. Tính chất này của plasma được gọi là bán trung tính.

Theo đó (dựa trên định nghĩa), plasma được đặc trưng, ​​​​tùy thuộc vào tỷ lệ số lượng hạt tích điện trong thể tích của nó so với tổng số hạt cấu thành của nó, theo mức độ ion hóa:

• plasma bị ion hóa yếu (một phần của tỷ lệ phần trăm thể tích của các hạt bị ion hóa);

• plasma bị ion hóa vừa phải (một vài phần trăm thể tích hạt bị ion hóa);

• bị ion hóa mạnh (gần như 100% các phân tử trong thể tích khí bị ion hóa).

Các loại plasma - nhiệt độ cao và xả khí

Plasma có thể là nhiệt độ cao và xả khí. Lần đầu tiên chỉ xảy ra trong điều kiện nhiệt độ cao, lần thứ hai - trong quá trình pha loãng thành khí.Như bạn đã biết, một chất có thể ở một trong bốn trạng thái của vật chất: thứ nhất là rắn, thứ hai là lỏng và thứ ba là khí. Và vì một chất khí có nhiệt độ cao chuyển sang trạng thái tiếp theo - trạng thái plasma, do đó plasma được coi là trạng thái tổng hợp thứ tư của vật chất.

Các hạt khí chuyển động trong thể tích plasma có sạc điệndo đó, có tất cả các điều kiện để plasma dẫn điện. Trong điều kiện bình thường, plasma đứng yên che chắn một điện trường bên ngoài không đổi, vì trong trường hợp này, bên trong thể tích của nó xảy ra sự phân tách không gian của các điện tích. Nhưng vì các hạt tích điện của plasma ở trong các điều kiện nhiệt độ nhất định, khác với độ không tuyệt đối, nên có một khoảng cách tối thiểu khi tính gần như trung hòa bị vi phạm ở quy mô nhỏ hơn nó.

Trong điện trường gia tốc, các hạt tích điện của plasma phóng điện trong khí có động năng trung bình khác nhau. Hóa ra nhiệt độ của khí điện tử khác với nhiệt độ của khí ion bên trong plasma; do đó, plasma phóng khí không ở trạng thái cân bằng và được gọi là plasma không cân bằng hoặc không đẳng nhiệt.

Khi số lượng các hạt tích điện của plasma phóng điện khí giảm trong quá trình tái hợp của chúng, các hạt tích điện mới ngay lập tức được hình thành trong quá trình ion hóa tác động bởi các electron được gia tốc bởi điện trường. Nhưng ngay sau khi tắt điện trường ứng dụng, plasma phóng điện khí ngay lập tức biến mất.

Một plasma nhiệt độ cao là một plasma đẳng nhiệt hoặc cân bằng. Trong plasma như vậy, việc giảm số lượng hạt tích điện do sự tái hợp của chúng được bổ sung do quá trình ion hóa nhiệt.Điều này xảy ra ở một nhiệt độ nhất định. Động năng trung bình của các hạt tạo nên plasma ở đây bằng nhau. Các ngôi sao và Mặt trời được cấu tạo từ plasma nhiệt độ cao (ở nhiệt độ hàng chục triệu độ).

Để một plasma bắt đầu tồn tại, cần có một mật độ tối thiểu nhất định của các hạt tích điện trong thể tích của nó. Vật lý plasma xác định con số này từ bất đẳng thức L >> D. Kích thước tuyến tính L của các hạt tích điện lớn hơn nhiều so với bán kính sàng lọc Debye D, là khoảng cách mà tại đó diễn ra quá trình sàng lọc trường Coulomb của mỗi điện tích plasma.

Thuộc tính của huyết tương

Nói về các đặc tính xác định của plasma, cần đề cập đến:

• mức độ ion hóa khí cao (tối đa - ion hóa hoàn toàn);

• tổng điện tích plasma bằng không;

• độ dẫn điện cao;

• chiếu sáng;

• tương tác mạnh với điện trường và từ trường;

• dao động tần số cao (khoảng 100 MHz) của các electron bên trong plasma, dẫn đến dao động của toàn bộ thể tích plasma;

• tương tác tập thể của một số lượng lớn các hạt tích điện (chứ không phải theo cặp như trong khí thông thường).

Kiến thức về các đặc điểm của tính chất vật lý của plasma cho phép các nhà khoa học không chỉ có được thông tin về không gian giữa các vì sao (chủ yếu chứa đầy plasma), mà còn đưa ra lý do để dựa vào triển vọng lắp đặt nhiệt hạch có kiểm soát (dựa trên plasma nhiệt độ cao của đơteri và tritium).

Plasma nhiệt độ thấp (dưới 100.000 K) ngày nay đã được sử dụng trong động cơ tên lửa, laser khí, bộ chuyển đổi nhiệt điện tử và máy phát MHD chuyển đổi năng lượng nhiệt thành năng lượng điện.Trong plasmatrons, plasma nhiệt độ thấp thu được để hàn kim loại và cho ngành công nghiệp hóa chất, nơi không thể thu được halogenua khí trơ bằng các phương pháp khác.