Плазма — четвертое состояние вещества

 

Частично или полностью ионизованный газ обычно называют плазмой. Это означает, что плазма состоит из положительно и отрицательно заряженных частиц, которые могут находиться среди нейтральных частиц. Свойства плазмы определяются заряженными частицами. Нейтральные частицы, которые присутствуют в не полностью ионизованном газе, образуют примесь вещества, находящегося в третьем состоянии.

Употребляемое нами понятие «газ» нуждается в разъяснении. Энергия взаимодействия объектов — будем называть их в дальнейшем частицами — мала по сравнению с кинетической энергией самих частиц. Тогда все движение частиц можно разделить (иногда условно) на свободное движение и столкновения. Основное время частицы газа движутся равномерно и прямолинейно, и лишь в течение кратких мгновений происходят их столкновения.

Не следует смешивать понятие «газ» и понятие «вещество в газообразном состоянии», которое представляет собой газ нейтральных атомов или молекул. Существуют и другие газовые системы (в соответствии с приведенным определением). Например, газ элементарных магнетиков, газ диполей в твердом теле и, наконец, рассматриваемый нами газ заряженных частиц.

При столкновениях частицы обмениваются между собой энергией и импульсом. Поэтому весь изломанный (из-за столкновений) путь хаотически движущейся в газе частицы делится на отдельные прямолинейные участки — так называемые длины свободного пробега. Важными характеристиками газа являются средняя длина свободного пробега частиц и соответствующее ей среднее время между двумя последовательными столкновениями.

Уместно привести следующий наглядный пример — движение облаков в воздухе. Во-первых, облака в воздухе воспринимаются как сплошная среда; во-вторых, процесс расплывания облаков в воздухе сходен с процессом растекания одной жидкости в другой — с приблизительно одинаковыми плотностями.

Необычные для нейтрального газа свойства определяются коллективными движениями плазмы — колебаниями и волнами. Само же возникновение колебательных и волновых движений с пространственно-временными масштабами, значительно меньшими, чем столкновительные, связано с дальнодействующим характером кулоновских сил. Именно специфические коллективные процессы в плазме позволяют говорить о ней как о четвертом состоянии вещества.

Следует, однако, отметить, что не всегда поведение плазмы резко отличается от поведения обычного газа. Плазма с частными столкновениями во многих отношениях ведет себя как обычный газ.

Оставьте комментарий