Պլազմայի ֆիզիկա: Պլազմայի ֆիզիկայի հիմունքները

Այն ժամանակները, երբ պլազմաը կապված էր անիրական, անհասկանալի, ֆանտաստիկ բաների հետ, վաղուց արդեն անցել է: Ներկայումս այս հայեցակարգն ակտիվորեն օգտագործվում է: Պլազմա օգտագործվում է արդյունաբերության մեջ: Լուսավորման սարքավորումների լայնածավալ օգտագործումը: Օրինակ, փողոցները լուսավորում են գազի արտանետման լամպեր: Սակայն լյումինեսցենտային լապտերներում ներկա է: Այն նաեւ էլեկտրական եռակցման մեջ է: Ի վերջո, եռակցման ալիքը պլազմատոնի կողմից առաջացած պլազմային է: Կան շատ այլ օրինակներ:

Պլազմայի ֆիզիկան գիտության կարեւոր մասն է: Հետեւաբար, անհրաժեշտ է հասկանալ դրա հետ կապված հիմնական հասկացությունները: Մեր հոդվածը նվիրված է սա:

Պլազմայի որոշում եւ տեսակները

Ինչ է պլազմային: Ֆիզիկայի բնորոշումը բավական պարզ է: Պլազմաը վերաբերում է նյութի վիճակին, երբ վերջինիս մեջ նշանակալից է (մասնիկների ընդհանուր թվաքանակի համեմատ) լիցքավորված մասնիկների (կրիչները) քանակը, որոնք կարող են ավելի կամ պակաս ազատորեն ներթափանցել նյութի մեջ: Ֆիզիկայի պլազմայի հետեւյալ հիմնական տեսակները կարելի է առանձնացնել: Եթե կրիչները պատկանում են մի տեսակ մասնիկներին (եւ հակառակ մեղադրանքի մասնիկներն են, որոնք չեզոքացնում են համակարգը շարժման ազատություն չունեն), այն կոչվում է մեկ բաղադրիչ: Հակառակ դեպքում, դա երկու կամ բազմաբնույթ բաղադրիչ է:

Պլազմայի առանձնահատկությունները

Այսպիսով, մենք համառոտորեն նկարագրում ենք պլազմայի հասկացությունը: Ֆիզիկան ճշգրիտ գիտություն է, այնպես որ դուք չեք կարող անել առանց սահմանումների: Եկեք հիմա նկարագրենք խնդրի այս վիճակի հիմնական առանձնահատկությունները:

Ֆիզիկայի պլազմայի հատկությունները հետեւյալն են. Առաջին հերթին, այս վիճակում, արդեն իսկ փոքր էլեկտրամագնիսական ուժերի գործողությունների արդյունքում կա կրողներ շարժում, մի ընթացք, որը հոսում է այս ճանապարհով եւ մինչեւ այդ ուժերը անհետանում են իրենց աղբյուրների ցուցադրմամբ: Հետեւաբար, պլազմա ի վերջո վերածվում է պետության, երբ այն քվազի է: Այլ կերպ ասած, նրա ծավալները, մեծ քանակությամբ մանրադիտակների մեծ քանակ ունեն զրոյական գանձում: Պլազմայի երկրորդ առանձնահատկությունը կապված է Քուլոնի եւ Ամպերի ուժերի երկարատեւ բնույթի հետ: Այն բաղկացած է այն հանգամանքից, որ այս պետության միջնորդությունները, որպես կանոն, ընդհանուր բնույթ են կրում, ներգրավելով լիցքավորված մասնիկների մեծ թվաքանակ: Սրանք ֆիզիկայի պլազմայի հիմնական հատկություններն են: Օգտակար կլինի նրանց հիշել:

Այս երկու հատկությունները հանգեցնում են նրան, որ պլազմայի ֆիզիկան անսովոր հարուստ է եւ բազմազան: Դրա առավել պայծառ դրսեւորումն այն հեշտությունն է, որի հետ առաջանում են տարբեր տեսակի անկայունություններ: Դրանք լուրջ խոչընդոտ են, որոնք խոչընդոտում են պլազմայի գործնական կիրառմանը: Ֆիզիկան գիտություն է, որն անընդհատ զարգանում է: Հետեւաբար, մենք կարող ենք հուսալ, որ ժամանակի ընթացքում այդ խոչընդոտները կվերանան:

Պլազմա հեղուկների մեջ

Անդրադառնալով կոնկրետ կառուցվածքների օրինակներին, մենք սկսում ենք քննարկել խտացրած նյութում պլազմային ենթահամակարգերը: Հեղուկների շարքում հեղուկների մետաղները պետք է առաջին հերթին անվանվեն `օրինակ, որը համապատասխանում է պլազմային ենթահամակարգին` մեկ բաղադրիչ կրող էլեկտրոնային պլազմայի: Հստակ ասած, հետաքրքրության կարգին մենք պետք է ներառենք հեղուկ էլեկտրոլիտներ, որոնցում կա երկու կրիչի կրիչներ: Այնուամենայնիվ, տարբեր պատճառներով, էլեկտրոլիտները չեն համարվում այս կատեգորիայի մեջ: Նրանցից մեկն էլ այն է, որ էլեկտրոլիտում չկա լույս, բջջային տրանսպորտային միջոցներ, ինչպիսիք են էլեկտրոնները: Հետեւաբար, պլազմայի վերը նշված հատկությունները շատ ավելի ցածր են արտահայտված:

Պլազմա բյուրեղներում

Պլազմա բյուրեղներով հատուկ անուն ունի `պինդ վիճակի պլազմա: Իոնային բյուրեղներում, չնայած մեղադրանք կա, բայց անկայուն են: Հետեւաբար, չկա պլազմա: Մետաղների մեջ, այնուամենայնիվ, դրանք հանդիսանում են մեկ բաղադրիչ պլազմայի կազմման էլեկտրոններ : Դրա մեղադրանքը փոխհատուցվում է անշարժ ions (ավելի ճշգրիտ, հնարավոր չէ անցնել երկար հեռավորությունների) մեղադրանքով:

Պլազմա կիսահաղորդիչների մեջ

Հաշվի առնելով պլազմայի ֆիզիկայի հիմունքները, պետք է նշել, որ կիսահաղորդիչների մեջ իրավիճակը ավելի բազմազան է: Համառոտ նկարագրեք այն: Այդ բաղադրիչներից մեկ բաղադրիչ պլազմա կարող է առաջանալ, եթե դրանք համապատասխան խառնուրդներ ներթափանցվեն: Եթե ճարպերը հեշտությամբ դարձնում են էլեկտրոններ (դոնորներ), ապա հայտնվում են n տիպի էլեկտրոնների կրիչները: Եթե լվացքները, մյուս կողմից, հեշտությամբ ընտրում են էլեկտրոններ (ընդունողներ), ապա p- տիպի կրիչները (էլեկտրոնային բաշխման դատարկ տեղեր), որոնք պահում են դրական լիցք ունեցող մասնիկները: Երկու բաղադրիչ պլազմա, որը ձեւավորվում է էլեկտրոններով եւ անցքերով, կիսահաղորդիչների մեջ ավելի պարզ ձեւով է հայտնվում: Օրինակ, այն հայտնվում է լույսի պոմպային ակցիայի ներքո, որը էլեկտրոնների փոխանցում է վալիանսի խմբի փոխանցման շղթան: Նշենք, որ որոշ պայմաններում էլեկտրոնները եւ անցքերը միմյանց են ներգրավվում, կարող են ձեւավորել մի պետություն, որը նման է ջրածնի ատոմին, հուզմունքին, եւ եթե պոմպը ինտենսիվ է, եւ հոսանքների խտությունը մեծ է, դրանք միաձուլվում են միասին եւ կազմում են էլեկտրոնային անցքի հեղուկի կաթիլ: Երբեմն այս պետությունը համարվում է նոր պետության խնդիր:

Գազի ոնացում

Այս օրինակներ վերաբերում են պլազմայի պետության հատուկ դեպքերին, իսկ մաքուր ձեւով պլազմայինը կոչվում է իոնացված գազ: Շատ գործոններ կարող են հանգեցնել նրա իոնացմանը. Էլեկտրական դաշտ (գազի արտանետում, ամպրոպ), լույսի հոսք (photoionisation), արագ մասնիկներ (ռադիոակտիվ աղբյուրներից ճառագայթում, տիեզերական ճառագայթներ, որոնք հայտնաբերվել են բարձրության աստիճանի իոնացման աստիճանում): Այնուամենայնիվ, հիմնական գործոնն է գազի ջերմությունը (ջերմային ionization): Այս դեպքում, էլեկտրոնի ջոկատին, ատոմից, գազի մյուս մասնիկը, որը բարձր ջերմաստիճանի պատճառով բավարար կինետիկ էներգիա ունի, բախվում է վերջինիս հետ:

Բարձր ջերմաստիճան եւ ցածր ջերմաստիճանի պլազմա

Ցածր ջերմաստիճանի պլազմայի ֆիզիկան այն է, ինչ մենք կապում ենք գրեթե ամեն օր: Նման պետության օրինակները կարող են ծառայել որպես բոց, գազի արտահոսքի եւ լույսի մի նյութ, տարբեր տիպի սառը տիեզերական պլազմայի (մոլորակների եւ աստղերի ionosphere եւ մագնիսոսֆերա) տարբեր տեխնիկական սարքերում աշխատող նյութ (MHD գեներատորներ, պլազմային շարժիչներ, այրիչներ եւ այլն): . Բարձր ջերմաստիճանի պլազմայի օրինակները աստղերի խնդիրն են իրենց էվոլյուցիայի բոլոր փուլերում, բացառությամբ վաղ մանկության եւ ծերության, վերահսկվող ջերմային միջուկային միաձուլման սարքերի (թեքամակներ, լազերային սարքեր, ճառագայթային սարքեր եւ այլն) տեղադրման աշխատանքային նյութը:

Հարցի չորրորդ վիճակն է

Մեկ դար առաջ, շատ ֆիզիկոսներ եւ քիմիկոսներ կարծում էին, որ հարցը բաղկացած է միայն մոլեկուլներից եւ ատոմներից: Նրանք համակցված են կամ համադրությամբ կամ ամբողջությամբ չկատարված կամ ավելի կամ պակաս պատվիրված: Ենթադրվում էր, որ կա երեք փուլ `գազային, հեղուկ եւ ամուր: Նյութերը դրանք ընդունում են արտաքին պայմանների ազդեցության տակ:

Սակայն ներկայումս կարելի է ասել, որ կան 4 պետություն: Դա պլազմա է, որը կարելի է համարել նոր, չորրորդ: Դրա տարբերությունը խտացրած (պինդ եւ հեղուկ) պետություններից է, որ գազի նման այն ոչ միայն շերտային էլաստիկություն է, այլ նաեւ ֆիքսված ներքին ծավալ: Մյուս կողմից, պլազմայինը կապված է խտացված վիճակի կարճ տեւողության կարգի, այսինքն, տվյալ պլազմային հոսանքի հարակից մասնիկների դիրքերի ու կազմի հարաբերակցության հետ: Այս պարագայում նման հարաբերակցությունը առաջացնում է ոչ թե միջմոլորակային ուժերի, այլ Քուլոնյան ուժերի կողմից: Այս մեղադրանքը հերքում է նույն անվանման մեղադրանքները եւ գրավում հակառակ մեղադրանքները:

Պլազմայի ֆիզիկան կարճ է: Այս թեման բավականին ընդարձակ է, այնպես որ մենք կարող ենք միայն ասել, որ մենք բացահայտեցինք դրա հիմքերը: Պլազմայի ֆիզիկան, իհարկե, արժանի է հետագա քննարկման: