Thể plasma

Plasma là một trạng thái của vật chất. Ba trạng thái chung khác của vật chất là chất rắn, chất lỏng và khí, vì vậy plasma thường được gọi là trạng thái thứ tư của vật chất.

Hơn 99% vật chất trong vũ trụ nhìn thấy được cho là plasma. Khi các nguyên tử trong một chất khí bị phá vỡ, các mảnh được gọi là điện tử và ion. Bởi vì chúng có điện tích nên chúng được kéo hoặc đẩy bằng điện trường và từ trường. Điều này làm cho một hành động plasma khác với khí. Ví dụ, từ trường có thể được sử dụng để giữ một plasma, nhưng không để giữ một khí. Plasma là một chất dẫn điện tốt hơn đồng.

Plasma thường rất nóng, vì nhiệt độ rất cao để phá vỡ liên kết giữa các điện tử và nhân của các nguyên tử. Đôi khi plasma có thể có áp lực rất cao, giống như trong các ngôi sao. Các ngôi sao (bao gồm mặt trời) chủ yếu được làm bằng plasma. Plasma cũng có thể có áp suất rất thấp, giống như trong không gian bên ngoài.

Trên trái đất sét làm cho plasma. Sử dụng plasma nhân tạo (nhân tạo) bao gồm bóng đèn huỳnh quang, đèn neon và màn hình plasma được sử dụng cho màn hình tivi hoặc màn hình máy tính, cũng như đèn plasma và quả cầu, đồ chơi trẻ em phổ biến và trang trí phòng. Các nhà khoa học đang thử nghiệm plasma để tạo ra một loại năng lượng hạt nhân mới, được gọi là nhiệt hạch, sẽ tốt hơn và an toàn hơn nhiều so với năng lượng hạt nhân thông thường và sẽ tạo ra ít chất thải phóng xạ hơn.

## Lịch sử

Plasma được xác định lần đầu tiên trong một ống Crookes, và do Sir William Crookes mô tả vào năm 1879 (ông gọi nó là "vật chất rạng rỡ"). Vật chất của tia catode của ống Crookes được xác định bởi nhà vật lí người Anh Sir J.J. Thomson vào năm 1897. Thuật ngữ "plasma" được Irving Langmuir đặt ra vào năm 1928, có lẽ vì sự phóng điện rực rỡ hình thành nên ống Crookes (Gr. Πλάσμα - một vật được đúc hoặc hình thành). Langmuir mô tả các quan sát của ông như sau:

*"Ngoại trừ gần các điện cực, nơi có vỏ bọc chứa rất ít điện tử, khí ion hoá có chứa ion và điện tử với số lượng ngang nhau sao cho điện tích không gian sẽ rất nhỏ. Chúng ta sẽ sử dụng tên plasma để mô tả khu vực này có chứa các chi phí cân bằng Ion và điện tử. "*

## Mô tả toán học

XEM: Mô hình Plasma

Để mô tả hoàn toàn trạng thái của plasma, chúng ta cần viết ra tất cả các vị trí hạt và tốc độ và mô tả trường điện từ trong vùng plasma. Tuy nhiên, nói chung là không thực tế hoặc cần thiết để theo dõi tất cả các hạt trong huyết tương. Do đó, các nhà vật lí plasma thường sử dụng mô tả chi tiết ít hơn, trong đó có hai loại chính:

### **Mô hình hóa chất lỏng**

Mô hình chất lỏng mô tả plasma theo số lượng được làm mịn, như mật độ và vận tốc trung bình quanh mỗi vị trí (xem thông số Plasma). Một mô hình chất lỏng đơn giản, magnetohydrodynamics, xử lý plasma như một chất lỏng duy nhất điều khiển bởi một sự kết hợp của phương trình Maxwell và phương trình Navier-Stokes. Mô tả chung hơn là hình ảnh plasma hai chất lỏng, nơi các ion và các điện tử được mô tả riêng biệt. Các mô hình chất lỏng thường chính xác khi va chạm đủ cao để giữ cho sự phân bố vận tốc trong huyết tương gần với sự phân bố của Maxwell-Boltzmann. Bởi vì các mô hình chất lỏng thường mô tả plasma theo các luồng đơn tại một nhiệt độ nhất định tại mỗi vị trí không gian, chúng không thể nắm bắt cấu trúc không gian vận tốc như dầm hoặc các lớp kép, cũng như không làm ảnh hưởng đến các hạt sóng.

### **Mô hình động học**

Các mô hình mô phỏng mô tả chức năng phân bố vận tốc hạt tại mỗi điểm trong plasma và do đó không cần phải giả định phân phối Maxwell-Boltzmann. Một mô tả động học thường là cần thiết đối với plasma không bị va chạm. Có hai cách tiếp cận phổ biến để mô tả động học của một plasma. Một là dựa trên đại diện cho chức năng phân phối được làm mịn trên một lưới điện với vận tốc và vị trí. Các kỹ thuật khác, gọi là kỹ thuật hạt trong tế bào (PIC), bao gồm thông tin động học bằng cách theo các quỹ đạo của một số lượng lớn các hạt riêng biệt. Các mô hình động học nói chung có tính toán nhiều hơn các mô hình chất lỏng. Phương trình Vlasov có thể được sử dụng để mô tả sự năng động của một hệ thống các hạt tích điện tương tác với một trường điện từ. Trong plasma plasma, một phương pháp tiếp cận gyrokinetic có thể làm giảm đáng kể chi phí tính toán của một mô phỏng động học hoàn toàn.

## thể Plasma và thể Khí

Plasma là một trạng thái của vật chất mà thường được coi là một tập con của khí, nhưng hai trạng thái cư xử rất khác nhau. Giống như khí, plasma không có hình dạng cố định hoặc thể tích, và ít dày đặc hơn chất rắn hoặc chất lỏng. Nhưng khác với các loại khí thông thường, plasma được tạo thành từ các nguyên tử, trong đó một số hoặc tất cả các electron đã bị tước đi và các hạt nhân tích điện dương, gọi là ion, tự do đi lang thang.

Xuedong Hu, giáo sư vật lý tại Đại học Buffalo, nói: "Một loại khí được tạo thành từ các phân tử và nguyên tử trung hòa. Đó là, số electron tích điện âm tương đương với số proton tích điện dương.

"Plasma là một chất khí tích điện, với các tương tác Coulomb (hoặc tĩnh điện) mạnh", Hu nói với Live Science. Các nguyên tử hoặc các phân tử có thể tích điện dương hoặc âm khi chúng thu được hoặc mất điện tử. Quá trình này được gọi là ion hóa. Plasma làm cho mặt trời và các ngôi sao, và nó là trạng thái phổ biến nhất của vật chất trong vũ trụ như một toàn thể.

## Tìm một Plasma

Trong khi các plasma không tự nhiên không được tìm thấy xung quanh bạn, thường thì những chiếc Plasma nhân tạo ở khắp nơi. Hãy suy nghĩ về bóng đèn huỳnh quang. Chúng không giống như bóng đèn thường. Bên trong ống dài là khí. Điện chảy qua ống khi ánh sáng được bật lên. Điện hoạt động như một nguồn năng lượng và làm tăng lượng khí đốt. Sự sạc và thú vị của các nguyên tử này tạo ra plasma phát sáng bên trong bóng đèn. Điện giúp tách các phân tử khí của các điện tử của chúng.

Một ví dụ khác của plasma là một dấu hiệu neon. Giống như đèn huỳnh quang, dấu hiệu của đèn neon là những ống thủy tinh đầy khí. Khi ánh sáng được bật, điện sẽ chảy qua ống. Điện nạp khí và tạo ra plasma bên trong ống. Plasma phát sáng một màu đặc biệt tùy thuộc vào loại khí nào bên trong. Khí trơ thường được sử dụng trong các dấu hiệu để tạo ra màu sắc khác nhau. Các loại khí Noble như helium (He), Neon (Ne), Argon (Ar) và Xenon (Xe) đều được sử dụng trong các dấu hiệu.

Bạn cũng thấy plasma khi bạn nhìn vào các ngôi sao. Các ngôi sao là những viên bi khí lớn ở nhiệt độ thực sự cao. Nhiệt độ cao tính các nguyên tử và tạo ra plasma. Các ngôi sao là một ví dụ điển hình về nhiệt độ plasma có thể rất khác nhau. Ánh đèn huỳnh quang lạnh so với các ngôi sao thực sự nóng. Tuy nhiên, chúng vẫn là hai dạng plasma, thậm chí với các đặc tính vật lý khác nhau.