پلاسما (فیزیک)

این نگاره گسترهٔ یک توده پلاسمای یونیزه شده در فضای ایجاد شده توسط ورود (شیرجه) شاتل به درون اتمسفر را نشان می‌دهد. فضاپیمای آتلانتیس در آسمان در طول آخرین ورود دوباره به جو زمین، در ۲۱ ژوئیه ۲۰۱۱. ایستگاه فضایی بین‌المللی در بالای سمت راست دیده می‌شود.

پدیدهٔ آذرخش یا رعد و برق، نمونهٔ روزمرهٔ پلاسما در طبیعت است.

نمونه‌ای از یک گوی پلاسما، که برخی از پدیده‌های پیچیده‌تر پلاسما را نشان می‌دهدلامپ پلاسما

پلاسما (به انگلیسی: Plasma) یکی از چهار حالت اصلی ماده است. (سه حالت دیگر: جامد، مایع، گاز) پلاسما گاز شبه‌خنثایی از ذرات باردار و خنثی است که رفتار جمعی از خود ارائه می‌دهد. واژه پلاسما به گاز یونیزه‌شده‌ای گفته می‌شود که همه یا بخش قابل توجهی از اتمهای آن یک یا چند الکترون از دست داده و به کاتیون تبدیل شده باشند، یا به گاز به‌شدت یونیزه‌شده‌ای که تعداد الکترون‌های آزاد آن، تقریباً برابر با تعداد یون‌های مثبت آن باشد، پلاسما گفته می‌شود. و در صنعت جوشکاری، برش‌کاری، پزشکی و دندان‌پزشکی، کاربرد دارد.

پیشینه[ویرایش]

در سال ۱۸۷۹ (میلادی) فیزیک‌دان انگلیسی ویلیام کروکز، هنگام بررسی ویژگی‌های ماده در تخلیهٔ الکتریکی، پیشنهاد کرد که نوع خاص گاز به عنوان حالت چهارم ماده نامگذاری شود.

دما در حالت پلاسما[ویرایش]

در حالت‌های جامد، مایع و گاز، دما را می‌توان از روی دامنهٔ حرکت (سرعت نوسان) ذرات سازندهٔ ماده تعریف کرد اما در حالت پلاسما، دما از روی میزان جدایش یون‌های مثبت از الکترونها تعریف می‌شود.

در واقع در حالت معمول می‌توان گفت که اگر جامد را گرم کنیم به مایع و اگر دوباره گرم کنیم به گاز و باز اگر به گرما ادامه دهیم؛ ماده به پلاسما تبدیل می‌شود که می‌توان به‌طور تقریبی در حالت معمول دمای پلاسما را در حدود ۲۰۰۰ درجه سانتی‌گراد بیان کرد.

گفته می‌شود ۹۹٪ ماده موجود در طبیعت در حالت پلاسماست. این برآورد، تخمین معقولی است از این واقعیت که درون ستارگان و اتمسفر اطراف آن‌ها ابرهای گازی و نیز فضای بین ستارگان اغلب به صورت پلاسماست. در نزدیکی خود ما، هنگامی که جو زمین را ترک می‌کنیم بلافاصله با پلاسمایی مواجه می‌شویم که شامل کمربندهای تشعشعی وان آلن و بادهای خورشیدی است. با نگاهی به زندگی پیرامونمان می‌توان نمونه‌های متنوعی از پلاسما را یافت. جرقه رعد و برق، تابش ملایم شفق قطبی، گازهای داخل یک لامپ فلورسنت یا لامپ نئون و یونش و لامپ مهتابی. مختصری که در گازهای خروجی یک موشک دیده می‌شود.

با این وجود حالت‌های غالب ماده در بخشی از جهان که ما در آن زندگی می‌کنیم جامد، مایع و گاز می‌باشند؛ بنابراین می‌توان گفت که ما در آن ۱ درصد از جهانی زندگی می‌کنیم که در آن حالتی از ماده به جز پلاسما غلبه دارد.

	پارامترهای عمومی پلاسما: بر حسب بزرگی
مشخصات	پلاسمای زمینی	پلاسماهای کیهانی
اندازه به متر	۱۰^−۶ m (پلاسمای آزمایشگاهی) تا ۱۰^۲ m (رعد) (~۸ از مرتبه)	۱۰^−۶ متر (پوشش سفینه فضایی) to ۱۰^۲۵ متر (سحابی میان کهکشانی) (~۳۱ OOM)
طول عمر به ثانیه	۱۰^−۱۲ ثانیه (پلاسمای ایجاد شده توسط لیزر) تا ۱۰^۷ ثانیه (نور فلورسنت) (~۱۹ از مرتبه)	۱۰^۱ ثانیه (solar flares) تا ۱۰^۱۷ s (پلاسمای میان کهکشانی) (~۱۷ از مرتبه)
چگالی ذره در متر مکعب	۱۰^۷ m^−۳ تا ۱۰^۳۲ m^−۳ (inertial confinement plasma)	۱۰^۰ (۱) m^−۳ (میان کهکشانی متوسط) تا ۱۰^۳۰ m^−۳ (هسته ستاره)
دما به کلوین	~۰ K (crystalline non-neutral plasma^[۱]) to ۱۰^۸ K (پلاسمای همجوشی مغناطیسی)	۱۰^۲ K (شفق قطبی) تا ۱۰^۷ K (هسته خورشید)
میدان‌های مغناطیسی به تسلا	۱۰^−۴ تسلا (پلاسمای آزمایشگاهی) تا ۱۰^۳ T (پلاسمای ایجاد شده توسط پالس)	۱۰^−۱۲ تسلا (میان کهکشانی متوسط) تا ۱۰^۱۱ T (نزدیک ستاره‌های نوترونی)

انواع پلاسما[ویرایش]

پلاسمای رسانا
پلاسمای غیر رسانا

پلاسمای جو[ویرایش]

نزدیکترین پلاسما به کره زمین، یونوسفر است که از ۱۵۰ کیلومتری سطح زمین شروع می‌شود و به طرف بالا ادامه می‌یابد. لایه‌های بالاتر یونسفر، سیستم‌هایی فیزیکی به فرم پلاسما هستند که توسط تابش‌های با طول موج کوتاه در طیف وسیعی؛ از پرتوهای فرابنفش گرفته تا پرتوهای ایکس و همچنین پرتوهای کیهانی و الکترون‌هایی که به گلنونسفر برخورد می‌کنند، یونیزه می‌شوند.

شفق قطبی[ویرایش]

پدیده شفق شمالی نیز گونه‌ای پلاسما است که تحت اثر یونیزه‌شدن ذرات باردار به دام افتاده در میدان مغناطیسی زمین ایجاد می‌شود. یونسفر پلاسمایی با قابلیت جذب پرتوهای ایکس، فرابنفش، تابش خورشیدی، بازتاب امواج کوتاه و رادیویی اهمیت اساسی در ارتباط رادیویی در سراسر جهان دارد. زهره و مریخ نیز لایه یونسفری دارند.

سیاره‌ها[ویرایش]

ملاحظات نظری نشان می‌دهد که در دیگر سیاره‌های منظومه شمسی نظیر مشتری، زحل، اورانوس و نپتون نیز باید یونسفرهای قابل مشاهده وجود داشته باشد. فضای بین سیاره‌ای نیز از پلاسمای بین سیاره‌ای در حال انبساط پر شده که دربرگیرندهٔ یک میدان مغناطیسی ضعیف (نزدیک به ۵۱۰۰ تسلا) است.

هسته‌های دنباله‌دارها[ویرایش]

هسته‌های دنباله‌دارها نیز به فضای میان پلاسمایی پرتاب می‌شوند. از طرف دیگر، خورشید منظومه شمسی مانند یک کره پلاسمایی است. درخشندگی زیاد خورشید مانند درخشندگی پلاسمایی است. خورشید به سه بخش گازی فتوسفر، کروموسفر و کورونا (که دمای کرونای آن بیش از یک میلیون درجه سانتی‌گراد است) تشکیل شده‌است و انتظار می‌رود که هزاران سال به درخشندگی خود ادامه بدهد.

پلاسمای حالت جامد[ویرایش]

پلاسمای تشکیل شده از الکترون‌ها و حفره‌ها در مواد نیمه رسانا به عنوان پلاسما حالت جامد شناخته می‌شود. با استفاده از مفاهیم پلاسما حالت جامد می‌توان آنتنهایی ساخت که می‌توانند در فرکانس‌های مختلف عمل کرده یا پرتوی تابشی را بچرخانند. مزیت آنتن پلاسمای حالت جامد این است که ساختار آن با خاموش کردن آن از یک فلز تبدیل به یک دی الکتریک می‌شود که این موضوع موجب می‌شود تا آشکارسازی آن از نظر رادار دشوار گردد.^[۲]^[۳]

جرقه رعد و برق، نمونه‌ای از پلاسما در زندگی روزمره

کاربردهای فیزیک پلاسما[ویرایش]

قدیمی‌ترین کار با پلاسما، مربوط به لانگمیر، تانکس و همکاران آن‌ها در سال ۱۹۲۰ می‌شود. تحقیقات در این مورد به سبب نیاز برای توسعه لوله‌های خلأئی که بتوانند جریان‌های قوی را حمل کنند، و در نتیجه می‌بایست از گازهای یونیزه‌شده پر شوند، احساس می‌شد.

فیزیک فضا[ویرایش]

کاربرد مهم دیگر فیزیک پلاسما مطالعه فضای اطراف زمین است. جریان پیوسته‌ای از ذرات باردار که باد خورشیدی خوانده می‌شود، به مگنتوسفر زمین برخورد می‌کند. درون و جو ستارگان آن قدر داغ هستند که می‌توانند در حالت پلاسما باشند.

تبدیل انرژی مگنتو هیدرو دینامیک (MHD) و پیشرانش یونی[ویرایش]

دو کاربرد عملی فیزیک پلاسما در تبدیل انرژی مگنتو هیدرودینامیک، از یک فواره غلیظ پلاسما که به داخل یک میدان مغناطیسی پیش‌رانده می‌شود، است.

لیزرهای گازی[ویرایش]

عادی‌ترین پمپش (تلمبه کردن) یک لیزر گازی، یعنی وارونه‌سازی جمعیت حالت‌هایی که منجر به تقویت نور می‌شود، تخلیه گازی است.اما میتوان به سایر

دیگر کاربردها[ویرایش]

چاقوی پلاسما
صفحه های نمایش پلاسما
تفنگ الکترونی
لامپ پلاسما(گوی پلاسما)
صنایع پزشکی
رآکتورهای هسته‌ای
صنایع نظامی
اسپری پلاسما
پاکسازی و ضد عفونی در صنایع غذایی
صنعت چاپ و بسته بندی
صنایع خودروسازی
بهداشت محیط زیست و کشاورزی
بلور فوتونی پلاسما

نگارخانه[ویرایش]

پاشش حرارتی پلاسما

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

[۱]
S. Eliezer and Y. Eliezer - The fourth state of matter, An introduction to plasma science (Second Edition) - Institute of Physics Publishing Ltd. - ۲۰۰۱

↑ The Nonneutral Plasma Group بایگانی‌شده در ۱۸ ژوئیه ۲۰۱۷ توسط Wayback Machine را در دانشگاه کالیفرنیا ببینید
↑ Hayes, D. (2014). "Solid State Plasma Antennas". IET Colloquium on Antennas, Wireless and Electromagnetics 2014 (به انگلیسی). Institution of Engineering and Technology: 10–10. doi:10.1049/ic.2014.0022. ISBN 978-1-84919-864-6.
↑ Fathy, A.E.; Rosen, A.; Owen, H.S.; McGinty, F.; McGee, D.J.; Taylor, G.C.; Amantea, R.; Swain, P.K.; Perlow, S.M. (2003-06). "Silicon-based reconfigurable antennas-concepts, analysis, implementation, and feasibility". IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 51 (6): 1650–1661. doi:10.1109/tmtt.2003.812559. ISSN 0018-9480. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)

پیوند به بیرون[ویرایش]

[1] The Nonneutral Plasma Group بایگانی‌شده در ۱۸ ژوئیه ۲۰۱۷ توسط Wayback Machine را در دانشگاه کالیفرنیا ببینید

[2] Hayes, D. (2014). "Solid State Plasma Antennas". IET Colloquium on Antennas, Wireless and Electromagnetics 2014 (به انگلیسی). Institution of Engineering and Technology: 10–10. doi:10.1049/ic.2014.0022. ISBN 978-1-84919-864-6.

[3] Fathy, A.E.; Rosen, A.; Owen, H.S.; McGinty, F.; McGee, D.J.; Taylor, G.C.; Amantea, R.; Swain, P.K.; Perlow, S.M. (2003-06). "Silicon-based reconfigurable antennas-concepts, analysis, implementation, and feasibility". IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 51 (6): 1650–1661. doi:10.1109/tmtt.2003.812559. ISSN 0018-9480. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)

[۱]

[۲]

[۳]

ن ب و شاخه‌های فیزیک
قسمت‌ها	فیزیک کاربردی فیزیک تجربی فیزیک نظری
انرژی و حرکت (فیزیک)	مکانیک کلاسیک مکانیک لاگرانژی مکانیک هامیلتونی مکانیک محیط‌های پیوسته مکانیک سماوی مکانیک آماری ترمودینامیک مکانیک شاره‌ها مکانیک کوانتوم
امواج و میدان‌ها	گرانش الکترومغناطیس نظریه میدان‌های کوانتومی نظریه نسبیت نسبیت خاص نسبیت عام آشنایی
علوم فیزیکی و ریاضیات	فیزیک شتاب‌دهنده‌ها صوت‌شناسی اخترفیزیک هلیوفیزیک اخترفیزیک هسته‌ای فیزیک خورشید فیزیک فضا فیزیک ستارگان فیزیک اتمی، مولکولی و نوری شیمی‌فیزیک فیزیک محاسباتی فیزیک ماده چگال فیزیک حالت جامد فیزیک مواد فیزیک ریاضی فیزیک اتمی فیزیک مولکولی فیزیک هسته‌ای نورشناسی اپتیک غیرخطی نورشناخت کوانتومی فیزیک دیجیتال فیزیک ذرات اخترفیزیک ذره‌ای پدیده‌شناسی فیزیک ذره‌ای پلاسما فیزیک پلیمر فیزیک آماری علوم مهندسی فیزیک مهندسی
فیزیک و زیست‌شناسی / زمین‌شناسی / علم اقتصاد	زیست‌فیزیک بیومکانیک فیزیک پزشکی عصب‌شناسی اگروفیزیک فیزیک خاک فیزیک اتمسفر اکونوفیزیک ژئوفیزیک سایکوفیزیک

ن ب و فازهای ماده (عناصر چهارگانه)
حالت‌ها	جامد مایع گاز / بخار پلاسما (فیزیک)
کم انرژی	چگالش بوز-اینشتین چگال فرمیونی ماده تباهیده اثر کوانتومی هال Rydberg matter Strange matter ابرشاره Supersolid Photonic matter
پر انرژی	QCD matter پلاسمای کوارک گلوئون سیال فوق بحرانی
دیگر حالت‌ها	کلوئید شیشه کریستال مایع Quantum spin liquid مرتبهٔ مغناطیسی ضدفرومغناطیس فری‌مغناطیس فرومغناطیس String-net liquid Superglass
گذار فاز	آب‌پز کردن نقطه جوش میعان Critical line (thermodynamics) نقطه بحرانی (ترمودینامیک) بلوری شدن چگالش تبخیر تقطیر ناگهانی انجماد Chemical ionization نقطه لاندا ذوب دمای ذوب Plasma recombination Regelation تعادل مایع–بخار تصعید فوق سرمایش نقطه سه‌گانه تبخیر شیشه‌شدگی
مقدار	آنتالپی ذوب آنتالپی تصعید آنتالپی تبخیر گرمای نهان Latent internal energy نسبت تروتن فراریت
نظریه‌ها	Binodal Compressed fluid Cooling curve معادله حالت پدیده لایدن‌فراست اثر امپمبا ترتیب و درهم‌ریختگی (فیزیک) Spinodal ابررسانایی Superheated vapor Superheating Thermo-dielectric effect
فهرست‌ها	فهرست فازهای ماده



بالای تصویر: آذرخش وتابلوی نئون مولدهای رایج پلاسما هستند. پایین سمت راست : یک گوی پلاسما که برخی از پدیده‌های پیچیده‌تر پلاسما مانند رشته رشته شدن را نشان میدهد. پایین سمت چپ : رد پلاسمایی از شاتل فضایی آتلانتیس در هنگام ورود مجدد به جو زمین، همانطور که از ایستگاه فضایی بین المللی دیده می شود.