Плазма — четвёртое состояние вещества, но не совсем
По сути плазма - это просто газ, который состоит не из нейтральных молекул, а из заряженных частиц: отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных ионов (атомы, которые по тем или иным причинам потеряли один или несколько электронов). Плазма ближе к газам, чем к другим агрегатным состояниям вещества (жидкости, твёрдому телу) и по сути вообще очень близка к ним - за исключением нескольких отличий, придающих плазме особые свойства.
В обычном газе молекулы практически не взаимодействуют друг с другом, исключая моменты столкновений и слабое гравитационное взаимодействие друг с другом (как правило, не учитываемое из-за его слабости). В плазме движущиеся заряженные частицы пребывают в состоянии постоянного электромагнитного взаимодействия друг с другом.
Благодаря наличию большого количества заряженных частиц, плазма легко проводит электрический ток, и более того: даже обычное тепловое движение частиц плазмы порождает внутри неё элементарные электрические токи и магнитные поля, которые воздействуют на сами частицы плазмы. И если в обычном газе, где основным видом взаимодействия являются столкновения частиц, это взаимодействие происходит лишь попарно, то в плазме все частицы находятся в состоянии непрерывного взаимодействия со всеми остальными частицами сразу.
Из-за этого, например, плазма, в отличие от газа, редко заполняет отведённый ей объём равномерно: для неё характерно образование слоёв, струй и нитей - т.н. филаментирование. Это явление наблюдается в т.н. плазменных лампах, оно же придаёт характерную ячеистую структуру космическим туманностям и т.п.
Обычный газ однороден ещё и в том смысле, что состоит из одинаковых частиц. Даже газы, состоящие из разных химических веществ, достаточно однородны с термодинамической точки зрения: их компоненты обычно имеют одинаковую температуру, давление и т.п.
С плазмой не так: она состоит из нескольких (двух и более) компонентов, таких как электроны, ионы и различным значением заряда, незаряженные частицы и т.п. При этом составляющие плазмы могут весьма сильно различаться с термодинамической точки зрения, имея разную температуру, плотность, длину свободного пробега и т.п. Например, при изучении процессов в звёздах отдельное внимание уделяется т.н. электронному газу - компоненте звёздной плазмы, состоящей из электронов. В частности, именно достижение электронным газом максимально возможной для него плотности останавливает гравитационное сжатие звёзд, потративших своё термоядерное топливо, порождая белые карлики.
Ещё одним интересным свойством плазмы является паранормальное распределение частиц по скоростям. Мы знаем, что даже в обычном газе всегда присутствуют частицы, скорости которых существенно отличаются от средней: как более быстрые, так и более медленные. В газе распределение частиц по скоростям соответствует т.н. распределению Максвелла, и число очень высокоскоростных (как и низкоскоростных) частиц ничтожно мало. В плазме благодаря групповым эффектам и влиянию электромагнитного поля возможны отклонения от этого правила - и при определённых условиях доля, скажем, высокоэнергетических частиц может быть как ещё меньше, чем в обычном газе, так и существенно больше, чем в нём, что порождает ряд интересных свойств - например, т.н. пробой на убегающих электронах, который приводит к образованию молний.
Несмотря на все эти различия, плазма - скорее газ, чем что-либо ещё, хотя и достаточно специфический.
С плазмой мы сталкиваемся буквально каждый день: плазмой является обычный огонь, сварочная дуга, светящийся газ в газоразрядных лампах, вещество в канале молнии, а северные сияния представляют собой "разлитую" в небе плазму и т.п. А с некоторой натяжкой "твёрдой" плазмой можно назвать любой металлический проводник, свойства которого определяются движением квазисвободных электронов, т.н. электронного газа, через кристаллическую решётку положительно заряженных ионов.
Помочь проекту донатом можно тут.
Разблокировать комментарии можно, оформив подписку здесь.
