Агрегатное состояние вещества

4. Четвертое состояние  вещества – плазма 

Плазма (от греч. plásma - вылепленное, оформленное), частично или полностью ионизованный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы. При достаточно сильном нагревании любое вещество испаряется, превращаясь в газ. Если увеличивать температуру и дальше, резко усилится процесс термической ионизации, т. е. молекулы газа начнут распадаться на составляющие их атомы, которые затем превращаются в ионы. Ионизация газа, кроме того, может быть вызвана его взаимодействием с электромагнитным излучением (фотоионизация) или бомбардировкой газа заряженными частицами.

Свободные заряженные частицы - особенно электроны - легко  перемещаются под действием электрического поля. Поэтому в состоянии равновесия пространственные заряды входящих в  состав П. отрицательных электронов и положительных ионов должны компенсировать друг друга так, чтобы  полное поле внутри П. было равно нулю. Именно отсюда вытекает необходимость  практически точного равенства  плотностей электронов и ионов в  П.- её "квазинейтральности". Нарушение квазинейтральности в объёме, занимаемом П., ведёт к немедленному появлению сильных электрических полей пространственных зарядов, тут же восстанавливающих квазинейтральность. Степенью ионизации П. a называется отношение числа ионизованных атомов к полному их числу в единице объёма П. В зависимости от величины a говорят о слабо, сильно и полностью ионизованной П.

Термин "Плазма" в физике был введён в 1923 американским учёными И. Ленгмюром и Л. Тонксом, проводившими зондовые измерения (см. ниже) параметров низкотемпературной газоразрядной П. Кинетика П. рассматривалась в работах Л. Д. Ландау в 1936 и 1946 и А. А. Власова в 1938. В 1942 Х. Альфвен предложил уравнения магнитной гидродинамики для объяснения ряда явлений в космической П. В 1950 И. Е. Тамм и А. Д. Сахаров, а также американский физик Л. Спицер предложили идею магнитной термоизоляции П. для осуществления УТС. В 50-70-е гг. 20 в. изучение П. стимулировалось различными практическими применениями П., развитием астрофизики и космофизики (наблюдение космической П. и объяснение процессов в ней) и физики верхней атмосферы Земли - особенно в связи с полётами космических летательных аппаратов, а также интенсификацией исследований по проблеме УТС.

В резком отличии  свойств П. от свойств нейтральных  газов определяющую роль играют два  фактора. Во-первых, взаимодействие частиц П. между собой характеризуется  кулоновскими силами притяжения и отталкивания, убывающими с расстоянием гораздо  медленнее (т. е. значительно более "дальнодействующими"), чем силы взаимодействия нейтральных  частиц. По этой причине взаимодействие частиц в П. является, строго говоря, не "парным", а "коллективным" - одновременно взаимодействует друг с другом большое число частиц. Во-вторых, электрические и магнитные  поля очень сильно действуют на П. (в то время как они весьма слабо  действуют на нейтральные газы), вызывая появление в П. объёмных зарядов и токов и обусловливая целый ряд специфических свойств П. Эти отличия позволяют рассматривать П. как особое, четвёртое состояние вещества.

П. называется идеальной, если потенциальная энергия взаимодействия частиц мала по сравнению с их тепловой энергией. Это условие выполняется, когда число частиц в сфере  радиуса D велико: N_D = (⁴/₃) pD³n >> 1. В молнии Т ~ 2 х 10⁴ К, n~ 2,5 ×10¹⁹ (плотность воздуха) и, следовательно, D ~ 10^{-7 см,} но N_D ~ ¹/₁₀ Такую П. называют слабонеидеальной.

 
Заключение

Подведем итоги  проделанной работы:

Газы – агрегатное состояние вещества, в котором  его частицы не связаны или  весьма слабо связаны силами взаимодействия и движутся свободно, заполняя весь предоставленный им объём. Вещество в газообразном состоянии широко распространено в природе. Газы образуют атмосферу Земли, в значительных количествах содержатся в твёрдых  земных породах, растворены в воде океанов, морей и рек.

Жидкость – агрегатное состояние вещества, промежуточное  между твёрдым и газообразным состояниями. Ж., сохраняя отдельные  черты как твёрдого тела, так и газа, обладает, однако, рядом только ей присущих особенностей, из которых наиболее характерная - текучесть. Подобно твёрдому телу, Ж. сохраняет свой объём, имеет свободную поверхность, обладает определённой прочностью на разрыв при всестороннем растяжении и т. д.

Твёрдое тело –  одно из четырёх агрегатных состояний  вещества, отличающееся от др. агрегатных состояний стабильностью формы  и характером теплового движения атомов, совершающих малые колебания около положений равновесия. Кристаллы характеризуются дальним порядком в расположении атомов. В аморфных телах дальний порядок отсутствует.

Плазма – частично или полностью ионизованный газ, в котором плотности положительных  и отрицательных зарядов практически  одинаковы. При достаточно сильном  нагревании любое вещество испаряется, превращаясь в газ. Если увеличивать  температуру и дальше, резко усилится процесс термической ионизации, т. е. молекулы газа начнут распадаться  на составляющие их атомы, которые затем  превращаются в ионы.

 
Список использованной литературы

1.         Арцимович Л. А., Элементарная физика плазмы, 3 изд., М., 2002;

2.         Франк-Каменецкий Д. А., Лекции по физике состояний вещества, М., 2003 (переиздание);

3.         Френкель Я. И., Собрание избранных трудов, т. 3, М., 2001;

4.         Фишер И.3., Статистическая теория жидкостей, М., 2003;

5.         Физика простых жидкостей. Экспериментальные исследования, пер. с англ., М., 2002 [в печати].