Свойства на течното агрегатно състояние. Четвърто състояние на материята

Цялата материя може да съществува в една от четирите форми. Всеки от тях е определено агрегатно състояние на материята. В природата на Земята само един е представен в три от тях едновременно. Това е вода. Лесно е да се види как се изпарява, разтопява и втвърдява. Това е пара, вода и лед. Учените са се научили как да променят агрегатните състояния на материята. Най-голямата трудност за тях е само плазмата. Това състояние изисква специални условия.

Какво представлява, от какво зависи и как се характеризира?

Ако тялото е преминало в друго агрегатно състояние, това не означава, че се е появило нещо друго. Същността остава същата. Ако течността имаше водни молекули, тогава същите ще бъдат и в пара с лед. Ще се променят само тяхното местоположение, скорост на движение и сили на взаимодействие помежду си.

При изучаването на темата "Агрегатни състояния (8 клас)" се разглеждат само три от тях. Това са течност, газ и твърдо вещество. Техните прояви зависят от физическите условия. околен свят. Характеристиките на тези състояния са представени в таблицата.

Първо състояние: твърдо

Неговата фундаментална разликаот други по това, че молекулите имат строго определено място. Когато се говори за твърдо агрегатно състояние, те най-често имат предвид кристали. При тях решетъчната структура е симетрична и строго периодична. Следователно тя винаги се запазва, независимо колко далеч ще се разпространи тялото. Осцилаторно движениеняма достатъчно молекули от веществото, за да разруши тази решетка.

Но има и аморфни тела. При тях липсва строга структура в подреждането на атомите. Те могат да бъдат навсякъде. Но това място е също толкова стабилно, колкото и в кристалното тяло. Разликата между аморфните и кристалните вещества е, че те нямат определена температура на топене (втвърдяване) и се характеризират с течливост. Ярки примериматериали като стъкло и пластмаса.

Второ състояние: течност

Това агрегатно състояние на материята е кръстоска между твърдо вещество и газ. Следователно той съчетава някои свойства от първото и второто. Така че разстоянието между частиците и тяхното взаимодействие е подобно на случая с кристалите. Но тук е местоположението и движението по-близо до газта. Поради това течността не запазва формата си, а се разтича по съда, в който е излята.

Трето състояние: газ

За наука, наречена "физика", агрегатното състояние под формата на газ не е на последно място. Защото тя учи Светът, а въздухът в него е много често срещан.

Характеристиките на това състояние са, че силите на взаимодействие между молекулите практически отсъстват. Това обяснява свободното им движение. Поради което газообразното вещество запълва целия предоставен му обем. Освен това всичко може да бъде прехвърлено в това състояние, просто трябва да увеличите температурата с желаното количество.

Четвърто състояние: плазма

Това агрегатно състояние на материята е газ, който е напълно или частично йонизиран. Това означава, че броят на отрицателно и положително заредените частици в него е почти еднакъв. Тази ситуация възниква, когато газът се нагрява. Тогава има рязко ускоряване на процеса на термична йонизация. Това се крие във факта, че молекулите са разделени на атоми. След това последните се превръщат в йони.

Във Вселената подобно състояние е много често срещано. Защото съдържа всички звезди и средата между тях. В границите на земната повърхност се среща изключително рядко. Освен йоносферата и слънчевия вятър, плазмата е възможна само по време на гръмотевични бури. При светкавици се създават условия, при които газовете на атмосферата преминават в четвърто агрегатно състояние.

Но това не означава, че плазмата не е създадена в лабораторията. Първото нещо, което можеше да бъде възпроизведено, беше газов разряд. Плазмата вече изпълва флуоресцентни светлини и неонови знаци.

Как се извършва преходът между състоянията?

За да направите това, трябва да създадете определени условия: постоянно налягане и определена температура. В този случай промяната в агрегатните състояния на веществото е придружена от освобождаване или поглъщане на енергия. Освен това този преход не се случва със светкавична скорост, а изисква определено време. През това време условията трябва да останат непроменени. Преходът става при едновременното съществуване на материята в две форми, които поддържат топлинно равновесие.

Първите три състояния на материята могат взаимно да преминават едно в друго. Има директни процеси и обратни. Те имат следните имена:

• топене(от твърдо в течно) и кристализация, например, топенето на лед и втвърдяването на водата;
• изпаряване(от течно към газообразно) и кондензация, пример е изпаряването на вода и нейното производство от пара;
• сублимация(от твърдо към газообразно) и десублимация, например, изпаряването на сух аромат за първия и Фрост шаркина стъклото към второто.

Физика на топене и кристализация

Ако твърдо тяло се нагрява, то при определена температура, т.нар точка на топенеспецифично вещество, ще започне промяна в агрегатното състояние, което се нарича топене. Този процес протича с усвояването на енергия, което се нарича количество топлинаи се отбелязва с буквата Q. За да го изчислите, трябва да знаете специфична топлинатопене, което се обозначава λ . И формулата изглежда така:

Q=λ*m, където m е масата на веществото, участващо в топенето.

Ако възникне обратният процес, тоест кристализацията на течността, тогава условията се повтарят. Единствената разлика е, че се освобождава енергия и във формулата се появява знакът минус.

Физика на изпарението и кондензацията

При продължаващо нагряване на веществото, то постепенно ще се приближи до температурата, при която ще започне интензивното му изпарение. Този процес се нарича изпаряване. Отново се характеризира с усвояване на енергия. Само за да го изчислите, трябва да знаете специфична топлина на изпарение r. И формулата ще бъде:

Q=r*m.

Обратният процес или кондензация протича с отделяне на същото количество топлина. Следователно във формулата отново се появява минус.

За да разберете какво е агрегатното състояние на материята, спомнете си или си представете себе си през лятото край реката със сладолед в ръце. Страхотна снимка, нали?

И така, в тази идилия освен наслада може да се извършва и физическо наблюдение. Обърнете внимание на водата. В реката е течен, в състава на сладоледа под формата на лед е твърд, а в небето под формата на облаци е газообразен. Тоест, той е едновременно в три различни състояния. Във физиката това се нарича агрегатно състояние на материята. Има три агрегатни състояния - твърдо, течно и газообразно.

Промяна в агрегатното състояние на материята

Можем да наблюдаваме промяната в агрегатните състояния на материята със собствените си очи в природата. Водата от повърхността на водните тела се изпарява и се образуват облаци. Така течността се превръща в газ. През зимата водата в резервоарите замръзва, преминавайки в твърдо състояние, а през пролетта отново се топи, превръщайки се отново в течност. Какво се случва с молекулите на едно вещество, когато то преминава от едно състояние в друго? Променят ли се? Различават ли се, например, молекулите на леда от молекулите на парата? Отговорът е недвусмислен: не. Молекулите остават абсолютно същите. Тяхната кинетична енергия се променя и съответно свойствата на веществото.Енергията на молекулите на парата е достатъчно голяма, за да се разпръсне в различни посоки и когато се охлади, парата се кондензира в течност и молекулите все още имат достатъчно енергия за почти свободно движение, но не достатъчно, за да се откъснат от привличането на други молекули и да отлети. При по-нататъшно охлаждане водата замръзва, превръщайки се в твърдо тяло и енергията на молекулите вече не е достатъчна дори за свободно движение вътре в тялото. Те се колебаят около едно място, задържани от притегателните сили на други молекули.

Естеството на движението и състоянието на молекулите в различни агрегатни състояния на материята може да бъде отразено в следната таблица:

процеси, при които има промяна в агрегатните състояния на веществата, само шест.

Преминаването на веществото от твърдо в течно състояние се нарича топене, обратен процес - кристализация. Когато едно вещество премине от течност в газ, то се нарича изпаряване, от газ към течност - кондензация. Преходът от твърдо състояние директно към газ, заобикаляйки течното състояние, се нарича сублимация, обратен процес - десублимация.

• 1. Топене
• 2. Кристализация
• 3. Изпаряване
• 4. Кондензация
• 5. Сублимация
• 6. Десублимация

Примери за всички тези преходивиждали сме го много пъти в живота си. Ледът се топи, образувайки вода, водата се изпарява, образувайки пара. В обратната посока парата, кондензираща, преминава обратно във вода, а водата, замръзвайки, се превръща в лед. И ако мислите, че не познавате процесите на сублимация и десублимация, тогава не бързайте със заключенията. Миризмата на всяко твърдо тяло не е нищо друго освен сублимация. Някои от молекулите излизат от тялото, образувайки газ, който можем да помиришем. А пример за обратния процес са шарките върху стъклото през зимата, когато парите във въздуха, замръзвайки, се утаяват върху стъклото и образуват причудливи шарки.

Всеки, мисля, знае 3 основни агрегатни състояния на материята: течно, твърдо и газообразно. Сблъскваме се с тези състояния на материята всеки ден и навсякъде. Най-често те се разглеждат на примера на водата. Течното състояние на водата е най-познато за нас. Постоянно пием течна вода, тя тече от нашия кран, а ние самите сме 70% течна вода. Второто агрегатно състояние на водата е обикновен лед, който виждаме на улицата през зимата. В газообразна форма водата също се намира лесно Ежедневието. В газообразно състояние водата, както всички знаем, е пара. Вижда се, когато например сварим чайник. Да, именно при 100 градуса водата преминава от течно в газообразно състояние.

Това са трите познати ни агрегатни състояния на материята. Но знаете ли, че всъщност има 4 от тях? Мисля, че поне веднъж всеки е чувал думата " плазма". И днес искам да научите повече за плазмата - четвъртото състояние на материята.

Плазмата е частично или напълно йонизиран газ с еднаква плътност на положителни и отрицателни заряди. Плазма може да се получи от газ - от 3-то агрегатно състояние чрез силно нагряване. Състоянието на агрегация като цяло всъщност напълно зависи от температурата. Първото агрегатно състояние е най-ниската температура, при която тялото остава твърдо, второто агрегатно състояние е температурата, при която тялото започва да се топи и става течно, третото агрегатно състояние е най-високата температура, при която веществото става газ. За всяко тяло, вещество, температурата на преход от едно агрегатно състояние към друго е напълно различна, за някои е по-ниска, за някои по-висока, но за всички тя е строго в тази последователност. И при каква температура веществото става плазма? Тъй като това е четвъртото състояние, това означава, че температурата на преход към него е по-висока от тази на всяко предишно. И наистина е така. За да се йонизира газ, е необходима много висока температура. Най-нискотемпературната и нискойонизирана (около 1%) плазма се характеризира с температури до 100 хиляди градуса. При земни условия такава плазма може да се наблюдава под формата на светкавица. Температурата на канала на мълнията може да надхвърли 30 хиляди градуса, което е 6 пъти повече от повърхностната температура на Слънцето. Между другото, Слънцето и всички други звезди също са плазма, по-често все още високотемпературна. Науката доказва, че около 99% от цялата материя на Вселената е плазма.

За разлика от нискотемпературната плазма, високотемпературната плазма има почти 100% йонизация и температури до 100 милиона градуса. Това е наистина звездна температура. На Земята такава плазма има само в един случай - за експерименти по термоядрен синтез. Con-tro-whether-ru-e-may реакцията е доста сложна и енергийно скъпа, но non-con-tro-whether-ru-e-may е достатъчна dawn-to-men-do - сама по себе си беше като оръжие на ухо с мазна мощ - термоядрена бомба, изпробвана от СССР на 12 август 1953 г.

Плазмата се класифицира не само по температура и степен на йонизация, но и по плътност и квазинеутралност. фраза плътност на плазматаобикновено означава електронна плътност, тоест броят на свободните електрони на единица обем. Е, с това мисля, че всичко е ясно. Но не всеки знае какво е квазинеутралитет. Квазинеутралността на плазмата е едно от най-важните й свойства, което се състои в почти точното равенство на плътностите на съставните й положителни йони и електрони. Поради добрата електропроводимост на плазмата, разделянето на положителни и отрицателни заряди е невъзможно на разстояния, по-големи от дължината на Дебай и на моменти, по-големи от периода на плазмените трептения. Почти цялата плазма е квазинеутрална. Пример за неквазинеутрална плазма е електронен лъч. Плътността на неутралните плазми обаче трябва да е много ниска, в противен случай те бързо ще се разпаднат поради отблъскване на Кулон.

Разгледахме много малко земни примери за плазма. Но има достатъчно от тях. Човекът се е научил да използва плазмата за свое добро. Благодарение на четвъртото агрегатно състояние можем да използваме газоразрядни лампи, плазмени телевизори зо-рами, електродъгово заваряване, лазери. Обикновените газоразрядни флуоресцентни лампи също са плазма. В нашия свят има и плазмена лампа. Използва се главно в науката за изучаване и, най-важното, за да се видят някои от най-сложните плазмени явления, включително филамента. Снимка на такава лампа може да се види на снимката по-долу:

В допълнение към домашните плазмени устройства, на Земята често може да се види и естествена плазма. Вече говорихме за един от неговите примери. Това е мълния. Но в допълнение към светкавицата, плазмените явления могат да бъдат наречени северно сияние, „огньовете на Свети Елмо“, йоносферата на Земята и, разбира се, огън.

Забележете, че и огънят, и мълнията, и други проявления на плазмата, както я наричаме, горят. Каква е причината за такова ярко излъчване на светлина от плазмата? Плазменото сияние се дължи на прехода на електрони от високоенергийно състояние към нискоенергийно състояние след рекомбинация с йони. Този процес води до излъчване със спектър, съответстващ на възбудения газ. Ето защо плазмата свети.

Бих искал също да разкажа малко за историята на плазмата. В края на краищата, някога само такива вещества като течния компонент на млякото и безцветния компонент на кръвта са се наричали плазма. Всичко се промени през 1879 г. През тази година известният английски учен Уилям Крукс, изследвайки електрическата проводимост на газовете, откри феномена плазма. Вярно, това състояние на материята е наречено плазма едва през 1928 г. И това е направено от Ървинг Лангмюр.

В заключение искам да кажа какво е интересно и мистериозен феномен, като кълбовидната мълния, за която писах повече от веднъж в този сайт, това, разбира се, също е плазмоид, като обикновената мълния. Това е може би най-необичайният плазмоид от всички земни плазмени явления. В крайна сметка има около 400 много различни теории за кълбовидната мълния, но нито една от тях не е призната за наистина вярна. В лабораторни условия подобни, но краткотрайни явления са получени от няколко различни начини, така че въпросът за природата на кълбовидната мълния остава открит.

Обикновената плазма, разбира се, също е създадена в лаборатории. Някога беше трудно, но сега такъв експеримент не е труден. Тъй като плазмата твърдо навлезе в домашния ни арсенал, има много експерименти с нея в лаборатории.

Най-интересното откритие в областта на плазмата бяха експериментите с плазма в безтегловност. Оказва се, че плазмата кристализира във вакуум. Това се случва така: заредените частици на плазмата започват да се отблъскват и когато имат ограничен обем, те заемат мястото, което им е отредено, разпръсквайки се в различни посоки. Това е много подобно на кристална решетка. Това не означава ли, че плазмата е затварящото звено между първото агрегатно състояние на материята и третото? В крайна сметка тя се превръща в плазма поради йонизацията на газа, а във вакуум плазмата отново става, така да се каже, твърда. Но това е само мое предположение.

Плазмените кристали в космоса също имат доста странна структура. Тази структура може да се наблюдава и изучава само в космоса, в реален космически вакуум. Дори ако създадете вакуум на Земята и поставите там плазма, тогава гравитацията просто ще изстиска цялата „картина“, която се образува вътре. В космоса плазмените кристали просто излитат, образувайки триизмерна триизмерна структура. странна форма. След изпращане на резултатите от наблюденията на плазмата в орбита на земните учени се оказа, че завихрянията в плазмата имитират структурата на нашата галактика по странен начин. А това означава, че в бъдеще ще бъде възможно да се разбере как се е родила нашата галактика чрез изучаване на плазмата. Снимките по-долу показват същата кристализирана плазма.

Това е всичко, което бих искал да кажа по темата за плазмата. Надявам се да ви заинтригува и изненада. В края на краищата това наистина е невероятно явление или по-скоро състояние - 4-то състояние на агрегиране на материята.

Агрегатно състояние на материята

вещество- набор от реални частици, свързани помежду си чрез химически връзки и при определени условия в едно от агрегатните състояния. Всяко вещество се състои от комбинация от много Голям бройчастици: атоми, молекули, йони, които могат да се комбинират помежду си в асоциати, наричани още агрегати или клъстери. В зависимост от температурата и поведението на частиците в асоциати (взаимното разположение на частиците, техния брой и взаимодействие в асоциат, както и разпределението на асоциатите в пространството и тяхното взаимодействие помежду си), веществото може да бъде в две основни състояния: на агрегиране - кристален (твърд) или газообразен,и в преходни състояния на агрегиране - аморфен (твърд), течен кристал, течност и пара.Твърдите, течнокристалните и течните агрегатни състояния са кондензирани, а парообразните и газообразните са силно разредени.

Фаза- това е набор от хомогенни микрорегиони, характеризиращи се с еднаква подреденост и концентрация на частици и затворени в макроскопичен обем на вещество, ограничено от интерфейс. В това разбиране фазата е характерна само за веществата, които са в кристално и газообразно състояние, т.к. те са хомогенни агрегатни състояния.

метафаза- това е набор от разнородни микрорегиони, които се различават един от друг по степента на подреждане на частиците или тяхната концентрация и са затворени в макроскопичен обем на вещество, ограничено от интерфейс. В това разбиране метафазата е характерна само за вещества, които се намират в нехомогенни преходни състояния на агрегиране. Различните фази и метафази могат да се смесват помежду си, образувайки едно състояние на агрегиране и тогава няма интерфейс между тях.

Обикновено не се разделя понятието "основно" и "преходно" агрегатно състояние. Понятията "агрегатно състояние", "фаза" и "мезофаза" често се използват като синоними. Препоръчително е да се разгледат пет възможни агрегатни състояния за състоянието на веществата: твърдо вещество, течен кристал, течност, пара, газообразен.Преходът на една фаза към друга фаза се нарича фазов преход от първи и втори ред. Фазовите преходи от първи вид се характеризират с:

Рязка промяна във физическите величини, които описват състоянието на материята (обем, плътност, вискозитет и др.);

Определена температура, при която се извършва даден фазов преход

Определена топлина, която характеризира този преход, т.к разрушават междумолекулните връзки.

Фазови преходи от първи вид се наблюдават при прехода от едно агрегатно състояние към друго агрегатно състояние. Фазови преходи от втори вид се наблюдават, когато подреждането на частиците в рамките на едно състояние на агрегиране се промени и се характеризират с:

постепенна промяна физични свойствавещества;

Промяна в подреждането на частиците на веществото под действието на градиент на външни полета или при определена температура, наречена температура на фазов преход;

Топлината на фазовите преходи от втори ред е равна и близка до нула.

Основната разлика между фазовите преходи от първи и втори ред е, че по време на преходи от първи вид, на първо място, се променя енергията на частиците на системата, а в случай на преходи от втори род, подреждането на частици от системните промени.

Преминаването на веществото от твърдо в течно състояние се нарича топенеи се характеризира със своята точка на топене. Преминаването на веществото от течно в парообразно състояние се нарича изпарениеи се характеризира с точката на кипене. За някои вещества с малко молекулно тегло и слабо междумолекулно взаимодействие е възможен директен преход от твърдо състояние към парообразно състояние, заобикаляйки течното състояние. Такъв преход се нарича сублимация.Всички тези процеси могат да протичат в обратна посока: тогава те се наричат замразяване, кондензация, десублимация.

Веществата, които не се разлагат по време на топене и кипене, могат да бъдат, в зависимост от температурата и налягането, във всичките четири агрегатни състояния.

В твърдо състояние

При достатъчно ниски температури почти всички вещества са в твърдо състояние. В това състояние разстоянието между частиците на веществото е сравнимо с размера на самите частици, което осигурява тяхното силно взаимодействие и значителен излишък на тяхната потенциална енергия над кинетичната енергия. твърдоограничени само от незначителни вибрации и завъртания спрямо тяхната позиция и нямат транслационно движение. Това води до вътрешен ред в подреждането на частиците. Следователно твърдите тела се характеризират със собствена форма, механична якост, постоянен обем (те са практически несвиваеми). В зависимост от степента на подреденост на частиците твърдите тела се делят на кристален и аморфен.

Кристалните вещества се характеризират с наличието на ред в подреждането на всички частици. Твърдата фаза на кристалните вещества се състои от частици, които образуват хомогенна структура, характеризираща се със строга повторяемост на една и съща елементарна клетка във всички посоки. Елементарната клетка на кристала характеризира тримерна периодичност в подреждането на частиците, т.е. неговата кристална решетка. Кристалните решетки се класифицират според вида на частиците, които изграждат кристала, и природата на привличащите сили между тях.

Много кристални вещества, в зависимост от условията (температура, налягане), могат да имат различна кристална структура. Това явление се нарича полиморфизъм.Добре известни полиморфни модификации на въглерода: графит, фулерен, диамант, карбин.

Аморфни (безформени) вещества.Това състояние е характерно за полимерите. Дългите молекули лесно се огъват и преплитат с други молекули, което води до нередности в подреждането на частиците.

Разликата между аморфните и кристалните частици:

изотропия - еднаквостта на физичните и химичните свойства на тялото или средата във всички посоки, т.е. независимост на свойствата от посоката;

няма фиксирана точка на топене.

Стъклото, стопеният кварц и много полимери имат аморфна структура. Аморфните вещества са по-малко стабилни от кристалните и следователно всякакви аморфно тялос течение на времето може да премине в енергийно по-стабилно състояние - кристално.

течно състояние

С повишаването на температурата енергията на топлинните вибрации на частиците се увеличава и за всяко вещество има температура, започвайки от която енергията на топлинните вибрации надвишава енергията на връзките. Частиците могат да извършват различни движения, като се изместват една спрямо друга. Те все още остават в контакт, въпреки че правилната геометрична структура на частиците е нарушена - веществото съществува в течно състояние. Поради подвижността на частиците течното състояние се характеризира с Брауново движение, дифузия и летливост на частиците. Важно свойство на течността е вискозитетът, който характеризира интерасоциативните сили, които предотвратяват свободното протичане на течност.

Течностите заемат междинно положение между газообразното и твърдото състояние на материята. По-подредена структура от газ, но по-малко от твърдо тяло.

Парни и газообразни състояния

Паро-газообразното състояние обикновено не се разграничава.

Газ - това е силно разредена хомогенна система, състояща се от отделни молекули, далеч една от друга, които могат да се разглеждат като единична динамична фаза.

пара - това е силно разредена нехомогенна система, която е смес от молекули и нестабилни малки сътрудници, състоящи се от тези молекули.

Молекулярно-кинетичната теория обяснява свойствата на идеалния газ въз основа на следните разпоредби: молекулите извършват непрекъснато произволно движение; обемът на газовите молекули е незначителен в сравнение с междумолекулните разстояния; между газовите молекули няма сили на привличане или отблъскване; средната кинетична енергия на газовите молекули е пропорционална на абсолютната им температура. Поради незначителността на силите на междумолекулно взаимодействие и наличието на голям свободен обем, газовете се характеризират с: висока скорост на топлинно движение и молекулна дифузия, стремеж на молекулите да заемат възможно най-голям обем, както и висока свиваемост .

Изолирана газофазова система се характеризира с четири параметъра: налягане, температура, обем, количество вещество. Връзката между тези параметри се описва от уравнението на състоянието за идеален газ:

R = 8,31 kJ/mol е универсалната газова константа.

Всеки, мисля, знае 3 основни агрегатни състояния на материята: течно, твърдо и газообразно. Сблъскваме се с тези състояния на материята всеки ден и навсякъде. Най-често те се разглеждат на примера на водата. Течното състояние на водата е най-познато за нас. Постоянно пием течна вода, тя тече от нашия кран, а ние самите сме 70% течна вода. Второто агрегатно състояние на водата е обикновен лед, който виждаме на улицата през зимата. В газообразна форма водата също е лесна за среща в ежедневието. В газообразно състояние водата, както всички знаем, е пара. Вижда се, когато например сварим чайник. Да, именно при 100 градуса водата преминава от течно в газообразно състояние.

Това са трите познати ни агрегатни състояния на материята. Но знаете ли, че всъщност има 4 от тях? Мисля, че поне веднъж всеки е чувал думата "плазма". И днес искам да научите повече за плазмата - четвъртото състояние на материята.

Плазмата е частично или напълно йонизиран газ с еднаква плътност на положителни и отрицателни заряди. Плазма може да се получи от газ - от 3-то агрегатно състояние чрез силно нагряване. Състоянието на агрегация като цяло всъщност напълно зависи от температурата. Първото агрегатно състояние е най-ниската температура, при която тялото остава твърдо, второто агрегатно състояние е температурата, при която тялото започва да се топи и става течно, третото агрегатно състояние е най-високата температура, при която веществото става газ. За всяко тяло, вещество, температурата на преход от едно агрегатно състояние към друго е напълно различна, за някои е по-ниска, за някои по-висока, но за всички тя е строго в тази последователност. И при каква температура веществото става плазма? Тъй като това е четвъртото състояние, това означава, че температурата на преход към него е по-висока от тази на всяко предишно. И наистина е така. За да се йонизира газ, е необходима много висока температура. Най-нискотемпературната и нискойонизирана (около 1%) плазма се характеризира с температури до 100 хиляди градуса. При земни условия такава плазма може да се наблюдава под формата на светкавица. Температурата на канала на мълнията може да надхвърли 30 хиляди градуса, което е 6 пъти повече от повърхностната температура на Слънцето. Между другото, Слънцето и всички други звезди също са плазма, по-често все още високотемпературна. Науката доказва, че около 99% от цялата материя на Вселената е плазма.

За разлика от нискотемпературната плазма, високотемпературната плазма има почти 100% йонизация и температури до 100 милиона градуса. Това е наистина звездна температура. На Земята такава плазма се среща само в един случай - за експерименти по термоядрен синтез. Контролираната реакция е доста сложна и енергоемка, но неконтролираната се е доказала достатъчно като оръжие с колосална мощ - термоядрена бомба, тествана от СССР на 12 август 1953 г.

Плазмата се класифицира не само по температура и степен на йонизация, но и по плътност и квазинеутралност. фраза плътност на плазматаобикновено означава електронна плътност, тоест броят на свободните електрони на единица обем. Е, с това мисля, че всичко е ясно. Но не всеки знае какво е квазинеутралитет. Квазинеутралността на плазмата е едно от най-важните й свойства, което се състои в почти точното равенство на плътностите на съставните й положителни йони и електрони. Поради добрата електропроводимост на плазмата, разделянето на положителни и отрицателни заряди е невъзможно на разстояния, по-големи от дължината на Дебай и на моменти, по-големи от периода на плазмените трептения. Почти цялата плазма е квазинеутрална. Пример за неквазинеутрална плазма е електронен лъч. Плътността на неутралните плазми обаче трябва да е много ниска, в противен случай те бързо ще се разпаднат поради отблъскване на Кулон.

Разгледахме много малко земни примери за плазма. Но има достатъчно от тях. Човекът се е научил да използва плазмата за свое добро. Благодарение на четвъртото агрегатно състояние можем да използваме газоразрядни лампи, плазмени телевизори, електродъгово заваряване и лазери. Обикновените газоразрядни флуоресцентни лампи също са плазма. В нашия свят има и плазмена лампа. Използва се главно в науката за изучаване и, най-важното, за да се видят някои от най-сложните плазмени явления, включително филамента. Снимка на такава лампа може да се види на снимката по-долу:

В допълнение към домашните плазмени устройства, на Земята често може да се види и естествена плазма. Вече говорихме за един от неговите примери. Това е мълния. Но освен светкавица, плазмените явления могат да бъдат наречени северно сияние, "огньове на Свети Елмо", йоносфера на Земята и, разбира се, огън.

Забележете, че и огънят, и мълнията, и други проявления на плазмата, както я наричаме, горят. Каква е причината за такова ярко излъчване на светлина от плазмата? Плазменото сияние се дължи на прехода на електрони от високоенергийно състояние към нискоенергийно състояние след рекомбинация с йони. Този процес води до излъчване със спектър, съответстващ на възбудения газ. Ето защо плазмата свети.

Бих искал също да разкажа малко за историята на плазмата. В края на краищата, някога само такива вещества като течния компонент на млякото и безцветния компонент на кръвта са се наричали плазма. Всичко се промени през 1879 г. През тази година известният английски учен Уилям Крукс, изследвайки електрическата проводимост на газовете, откри феномена плазма. Вярно, това състояние на материята е наречено плазма едва през 1928 г. И това е направено от Ървинг Лангмюр.

В заключение искам да кажа, че такъв интересен и мистериозен феномен като кълбовидната мълния, за който писах повече от веднъж на този сайт, разбира се, също е плазмоид, като обикновената мълния. Това е може би най-необичайният плазмоид от всички земни плазмени явления. В крайна сметка има около 400 много различни теории за кълбовидната мълния, но нито една от тях не е призната за наистина вярна. В лабораторни условия подобни, но краткотрайни явления са получени по няколко различни начина, така че въпросът за природата на кълбовидната мълния остава открит.

Обикновената плазма, разбира се, също е създадена в лаборатории. Някога беше трудно, но сега такъв експеримент не е труден. Тъй като плазмата твърдо навлезе в домашния ни арсенал, има много експерименти с нея в лаборатории.

Най-интересното откритие в областта на плазмата бяха експериментите с плазма в безтегловност. Оказва се, че плазмата кристализира във вакуум. Това се случва така: заредените частици на плазмата започват да се отблъскват и когато имат ограничен обем, те заемат мястото, което им е отредено, разпръсквайки се в различни посоки. Това е много подобно на кристална решетка. Това не означава ли, че плазмата е затварящото звено между първото агрегатно състояние на материята и третото? В крайна сметка тя се превръща в плазма поради йонизацията на газа, а във вакуум плазмата отново става, така да се каже, твърда. Но това е само мое предположение.

Плазмените кристали в космоса също имат доста странна структура. Тази структура може да се наблюдава и изучава само в космоса, в реален космически вакуум. Дори ако създадете вакуум на Земята и поставите там плазма, тогава гравитацията просто ще изстиска цялата „картина“, която се образува вътре. В космоса обаче плазмените кристали просто излитат, образувайки обемна триизмерна структура със странна форма. След изпращане на резултатите от наблюденията на плазмата в орбита на земните учени се оказа, че завихрянията в плазмата имитират структурата на нашата галактика по странен начин. А това означава, че в бъдеще ще бъде възможно да се разбере как се е родила нашата галактика чрез изучаване на плазмата. Снимките по-долу показват същата кристализирана плазма.