Plasmă

Plasma gazoasă – gaz în care o parte a atomilor şi moleculelor se află în stare ionizată. Cauzele ionizării pot fi: temperaturi înalte, ciocnirile electronice (la descărcările în gaze), radiaţiile electromagnetice ş.a. Cea mai importantă caracteristică a plasmei este proprietatea ei de a fi cvasineutră, adică în orice punct al spaţiului pe care-l ocupă ea, sarcina spaţială pozitivă este compensată (sau aproape compensată) de sarcina spaţială negativă.

Această proprietate a plasmei este o consecinţă a faptului, că în jurul oricărei sarcini e se grupează particulele încărcate, dar de semn opus, astfel, încât potenţialul culonian are formula:

φ= [e/r] (- r/D),

unde D este raza de ecranare Debye, care depinde de densitatea sarcinii şi temperaturii particulelor, iar r – distanţa dintre sarcina negativă e şi punctul dat din spaţiu. Dacă dimensiunile liniare sunt cu mult mai mari decât D, atunci sistemul îşi menţine starea cvazineutră şi în acest caz gazul ionizat poate fi numit plasmă.

Plasma gazoasă posedă o serie de particularităţi specifice (conductibilitate electrică şi plastitate mare, interacţiuni puternice cu câmpurile electromagnetice exterioare ş.a.), ceea ce permite dea o considera stare deosebită («a patra» stare de agregare) a substanţei. Plasma se întâlnește destul de des în condiţii naturale şi de laborator. Orice flacără, explozie, fulger, comprimare şi dilatare bruscă este însoţită de gaze ionizate. Plasma apare şi la trecerea unui curent electric prin gaze (lampă cu lumină de zi, gazotron, ş.a.). straturile superioare ale atmosferei terestre (ionosfera), ionizate de radiaţiile solare, deasemenea conţin Plasmă. Stelele fierbinţi şi unii nori interstelari, care au temperaturi înalte, sunt formate din Plasmă complect ionizată.

Dacă toate componentele Plasmei au aceeaşi temperatură, atunci ea se numeşte Plasmă izotermică (de ex. Plasma din atmosfera stelelor). Într-o astfel de plasmă toate procesele de schimb de energie (ionizare, recombinare, radiaţie, absorbţie ş.a.) sunt procese echilibrate. Ca exemplu de plasmă neizotermică poate servi plasma care apare la descărcările în gaze, unde temperatura electronilor este cu mult mai mare decât temperatura ionilor. Odată cu oscilaţiile acustice obişnuite ale densităţii substanţei în plasmă pot avea loc oscilaţii ale densităţii sarcinilor:

a) oscilarea electronilor faţă de ionii grei cu frecvenţa ω este apropiată ca valoare de frecvenţa Lengmiur

unde m este masa electronului, iar Ne – densitatea electronilor

(pentru diferite tipuri de plasme ωL se află în limitele [105 ÷ 1015]Hz);

b) oscilaţii ale ionilor (unde sonore ionice) cu frecvenţe mai mici decât ωL (10²÷107)Hz. Din cauza rotaţiei Larmor a ionilor şi electronilor în prezenţa unui câmp magnetic în plasmă este posibilă apariţia undelor elicoidale de înaltă frecvenţă (heliconi), undelor Alfven şi magnetosonor, undelor ciclotronice ş.a. Câmpul magnetic exterior poate izola plasma de mediul înconjurător. Plasma poate fi înlăturată de la pereţii unui vas prin contactarea ei într-o coloană îngustă sub acţiunea câmpului magnetic propriu al curentului (efectul Pinci). Însă izolarea magnetică a plasmei, care are o mare importanţă la rezolvarea unor probleme de sinteză termonucleară dirijată, prezintă dificultăţi din cauza instabilităţii ei în câmpul magnetic.

În tehnică plasma se foloseşte ca substanţă de lucru la motoarele reactive cu plasmă, pentru transformarea directă a energiei termice în energie electrică ş.a.

Plasmă a corpurilor solide – sistem de purtători de sarcină (electroni şi goluri) în corpurile solide. Se deosebesc: plasmă electronică (în metale) şi plasmă electron-gol (în semiconductoare şi semimetale). Deoarece reţeaua cristalină nu se include în noţiunea de «plasmă» a corpurilor solide, spre deosebire de plasma gazoasă, plasma corpurilor solide poate să nu fie cvasineutră. Pentru plasma gazoasă şi plasma corpurilor solide este comună prezenţa în ele a excitaţiilor colective – oscilaţiile plasmei. În plasma electronică aceste oscilaţii au loc cu frecvenţa Lengmiur ωL (pentru metale ωL ~1015 Hz). Oscilaţiile plasmei excită unde electromagnetice longitudinale (care nu au analog în vid).

Permitivitatea plasmei electromagnetice: