понедельник, 15 февраля 2016 г.

Четвертое состояние вещества

Как-то на уроке мы с ребятами задумались над тем, что же такое пламя, что оно представляет собой по своей физической сути. В итоге пришлось над этим вопросам потрудиться и поискать нужную информацию. 

Очень интересная статья на эту тему мне попалась на сайте Лаборатории космических исследований государственного университета (http://www.spacephys.ru/). В ней содержались практически все ответы на наши вопросы.

Привожу здесь текст статьи в некотором сокращении (оставила наиболее понятную, на мой взгляд,  информацию для школьников). Кому же из читателей захочется углубиться в эту тему, смело шагайте на сайт авторов. Поверьте там очень интересно!

Ну, что ж… Всем нам  известно, что вещество может находиться в одном из трех основных агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном. 

Мы сталкиваемся с этими состояниями вещества каждый день и повсюду. Чаще всего их рассматривают на примере воды. Жидкое состояние воды наиболее привычно для нас. Мы постоянно пьем жидкую воду, она течет у нас из крана, да и сами мы на 70% состоим из жидкой воды. Второе агрегатное состояние воды - это обычный лед, который зимой мы видим на улице. В газообразном виде воду тоже легко встретить в повседневной жизни. В газообразном состоянии вода - это, всем нам известный, пар. Его можно увидеть, когда мы, к примеру, кипятим чайник. Ведь, именно при 100° вода переходит из жидкого состояния в газообразное.


Это три привычных для нас агрегатных состояния вещества. Но знаете ли вы, что их на самом деле четыре? Думаю, хоть раз в жизни  каждый из вас слышал слово «плазма». Что ж разберемся с этим подробнее.

Плазма -  четвертое агрегатное состояние вещества.

Плазма - это частично или полностью ионизированный газ с одинаковой плотностью, как положительных, так и отрицательных зарядов. Плазму можно получить из газа - из третьего агрегатного состояния вещества путем сильного нагревания. 

Агрегатное состояние вообще, по сути, полностью зависит от температуры. Первое агрегатное состояние - это самая низкая температура, при которой тело сохраняет твердость, второе агрегатное состояние - это температура при которой тело начинает плавиться и становиться жидким, третье агрегатное состояние - это наиболее высокая температура, при ней вещество становиться газом. У каждого  вещества температура перехода из одного агрегатного состояния в другое совершенно разная, у кого-то ниже, у кого-то выше, но у всех строго в такой последовательности. А при какой же температуре вещество становиться плазмой?

Раз это четвертое состояние, значит, температура перехода к нему выше, чем у каждого предыдущего. И это действительно так. Для того, чтобы ионизировать газ необходима очень высокая температура. Самая низкотемпературная и низкоионизированная (порядка 1%) плазма характеризуется температурой до 100 тысяч градусов. В земных условиях такую плазму можно наблюдать в виде молний. Температура канала молнии может превышать 30 тысяч градусов, что в 6 раз больше, чем температура поверхности Солнца. Кстати, Солнце и все остальные звезды — это тоже плазма, чаще все-таки высокотемпературная. Наука доказывает, что около 99% всего вещества Вселенной — это плазма.


В отличие от низкотемпературной, высокотемпературная плазма обладает практически 100% ионизацией и температурой до 100 миллионов градусов. Это поистине звездная температура. На Земле такая плазма встречается только в одном случае - в опытах термоядерного синтеза. 

Плазму классифицируют не только по температуре и степени ионизации, но и по плотности, и по квазинейтральности. Словосочетание плотность плазмы обычно обозначает плотность электронов, то есть число свободных электронов в единице объёма. Квазинейтральность плазмы - это одно из важнейших ее свойств, заключающееся в практически точном равенстве плотностей входящих в её состав положительных ионов и электронов. 

Мы совсем мало рассмотрели земных примеров плазмы. А ведь их достаточно много. Человек научился применять плазму себе во благо. Благодаря четвертому агрегатному состоянию вещества мы можем пользоваться газоразрядными лампами, плазменными телевизорами, дуговой электросваркой, лазерами. Обычные газоразрядные лампы дневного света - это тоже плазма. 

Кроме бытовых плазменных приборов, на Земле так же часто можно видеть природную плазму. Об одном из ее примеров мы уже говорили. Это молния. Но помимо молний плазменными явлениями можно назвать северное сияние, “огни святого Эльма”, ионосферу Земли и, конечно, огонь.

Заметьте, и огонь, и молния, и другие проявления плазмы, как мы это называем, горят. Чем обусловлено столь яркое испускание света плазмой? Свечение плазмы обусловлено переходом электронов из высокоэнергетического состояния в состояние с низкой энергией. Этот процесс приводит к излучению. Именно поэтому плазма светиться.

Хотелось бы так же немного рассказать об истории плазмы. Ведь когда-то плазмой назывались лишь такие вещества, как жидкая составляющая молока и бесцветная составляющая крови. Все изменилось в 1879 году. Именно в тот год знаменитый английский ученый Уильям Крукс, исследуя электрическую проводимость в газах, открыл явление плазмы. Правда, назвали это состояние вещества плазмой лишь в 1928. И это совершил Ирвинг Ленгмюр.

В заключении хочу сказать, что такое интересное и загадочное явление, как шаровая молния, это тоже плазмоид, как и обычная молния. Это, пожалуй, самый необычный плазмоид из всех земных плазменных явлений. Ведь существует около 400 самых различных теорий на счет шаровой молнии, но не одна из них не была признана воистину правильной. В лабораторных условиях похожие, но кратковременные явления удалось получить несколькими разными способами, так что вопрос о природе шаровой молнии остаётся открытым.

Обычную плазму, конечно, тоже создавали в лабораториях. Когда-то это было сложным, но сейчас подобный эксперимент не составляет особого труда. Раз уж плазма прочно вошла в наш бытовой арсенал, то и в лабораториях над ней немало экспериментируют.

Комментариев нет:

Отправить комментарий