Är en plasma en distinkt materiefas?

För tydlighetens skull finns det en vanlig missuppfattning om plasma här. Plasma när det införs för första gången för någon som inte vet vad det är, kallas det ”Det fjärde tillståndet av materia” vilket är en felaktig beskrivning av det. Eftersom denna term används för att introducera någon till plasma, är det är ingen stor sak.

När ett material ändras från en distinkt fas till en annan, går det igenom en fysisk process som kallas fasövergång . När gas blir plasma, den går inte igenom standardfasövergången . Följaktligen kan plasma-i allmänhet inte betraktas som en distinkt fas som fasta, flytande och gasfaser. Det är en fas i gasformigt tillstånd. I vissa sällsynta fall kan emellertid övergången från gas till plasma beskrivas som fas övergång.

Plasma är per definition en blandning av fria elektroner och deras joner (eventuellt negativa joner). Du behöver tillräckligt med energi för att frigöra elektroner från atomer. Grovt sagt , När du lägger den energin i ett fast ämne kan energi försvinna som värme. Om du lägger den energin i en vätska kan energin försvinna i förångning. Om du lägger den i en gas går den till att bryta atomer och molekyler (skapar plasma). Följande bild gör det tydligare

Förhoppningsvis var det användbart

Kommentarer

• Jag ’ jag inte så säker på att plasma inte ’ t förtjänar en plats som ett separat tillstånd av materia helt enkelt för att jonisering och rekombination inte sker vid en enda temperatur. Plasma har en väldefinierad grad av jonisering, och dess egenskaper skiljer sig fundamentalt från alla andra tillståndstillstånd. Se @ChinYeh ’ s svar. Jag har flera plasmafysiska läroböcker som uttryckligen kallar det ett fjärde tillstånd av materia. På något sätt liknar denna fråga ” är Pluto en planet? ”, men jag tror att det ’ är viktigt att uppmärksamma tillståndets egenskaper än övergångarna.
• Bara en nitpick – kan ’ t vi undviker vätske-ånga fasövergång i t.ex. vatten genom att gå runt den kritiska punkten i temperatur-tryckutrymmet? Så om det är tillräckligt att undvika en korrekt fasövergång för att förklara plasma samma fas som gas, betyder inte ’ t det också att vätska är en del av samma fas? Detta driver förmodligen definitionen längre än den var tänkt, men det ’ är något att tänka på.

Plasma sägs vara en distinkt fas eftersom den inte följer den vanliga beskrivningen och de fysiska lagarna som används för att beskriva de vanliga 3 tillstånden av materia, på flera punkter:

• Plasma är inte i jämvikt. Ofta är det långt ifrån en jämvikt. Därför kan termodynamik inte användas för att förklara.
• Plasma är gjord av lösa partiklar, men dessa partiklar följer inte kinetisk teori om gaser . Idealgaslag är inte ens en första approximation för att modellera ett plasma.
• Plasmapartiklar följer inte en statistisk hastighetsfördelning (Maxwell-fördelning).
• Plasma måste ha två (eller mer) oberoende komponenter. Dessa komponenter måste bära laddningar. den ena är gjord av elektroner, den andra katjoner. Det är elektroner som är mer aktiva för att bestämma plasmagenskaper.
• Till skillnad från gaser, vätskor och (molekylära) fasta ämnen utövar plasmapartiklar starka krafter mot varandra.
• Det finns inte en enda temperatur som kännetecknar plasma. Detta betyder två saker.En, plasma är inte en klar fas, så det finns ingen klar fasövergångstemperatur, som smältning eller kokning, för plasma. Två, en temperatur kanske inte räcker för att beskriva en plasma. Elektronernas temperatur kan ofta vara högre än för resten av plasma.
• Plasma kan begränsas av magnetisk kraft (behöver ingen behållarvägg).
• Till skillnad från andra tre tillstånd är plasma oftast instabilt.

I den senare delen har du två frågor som motsvarar ”Vad gör plasma till plasma?” Jonisering krävs för att bilda en plasma, men det finns inget specifikt temperaturkrav. Plasma kan finnas i det interstellära utrymmet vid cirka 100 K och i kontrollerade laboratorier nära 0 K. joniseringsgraden representeras vanligtvis som förhållandet mellan laddade joner och totala (laddade plus neutrala) kärnor i en gas, och endast en liten grad av jonisering (ibland under 1%) räcker för att en gas ska bete sig som en plasma.

För att vara tydlig är en plasma inte samma som en jonvätska , som inte är ett resultat av jonisering utan snarare är gjord av katjoner och anjoner. Jonisering betyder att elektroner frigörs från atomer eller molekyler. En jonvätska är ett salt i flytande tillstånd.

Kommentarer

• Till förmån för framtida läsare: flera av dessa punkter är felaktiga. ” [Plasma följer inte kinetisk teori om gaser. ” Falskgaskinetisk teori är en utmärkt beskrivning av transportprocesser i många plasma , inklusive den ideala gaslagen. ” … följ inte en statistisk hastighetsfördelning ” Falskt – naturligtvis gör de det och ofta är varje art ungefär Maxwellian. ” … måste ha två … oberoende komponenter ” Falskt – renelektron- och renjonplasmer finns och uppvisar många av de kollektiva fenomenen (plasmonläge, Debye-screening etc.) associerade med plasma.

Förutom plasma var materiens första tillstånd, inte det fjärde. All materia som bildas av plasma omvandlas inte från materia till plasma utan från plasma till materia. Det är därför 99% av universum är plasma. Elektronerna avlägsnades aldrig från atomerna, de var aldrig en del av atomen förrän de var bundna av den elektriska energin i plasma för att bilda gaser, vätskor och fasta ämnen.

http://home.web.cern.ch/about/physics/heavy-ions-and-quark-gluon-plasma ”I några miljonedelar av en sekund, strax efter den stora smällen, fylldes universum med en förvånansvärt het, tät soppa gjord av alla slag av partiklar som rör sig med nästan ljushastighet. Denna blandning dominerades av kvarkar – grundläggande bitar av materia – och av gluoner, bärare av den starka kraften som normalt ”limmer” kvarkar ihop till bekanta protoner och neutroner och andra arter. Under de första evanescerande ögonblicken. med extrema temperaturer var dock kvarkar och gluoner bara svaga, fria att röra sig själva i det som kallas en kvark-gluonplasma ”

Och förmodligen efter 13+ miljarder år, bara mindre än 1% av av plasma har bundits till fasta ämnen, vätskor och gaser. Resten har bundits till en blandning av joner och elektroner, kondenserad från det kvark / gluon-tillståndet.

Att se på den som bildad av fasta ämnen, vätskor och gaser är en felaktig synvinkel, stöds inte alls av vetenskap. Fasta ämnen, vätskor och gaser bildas istället av plasma.

Kommentarer

• Jag tänker inte ’ tidsbeställningen är problemet här – jag ’ är säker på att alla är överens om att du kan gå åt båda håll. Även om universum började som ett plasma blev det mesta av materialet neutral gas vid rekombination några hundra tusen år efter big bang. Det var sedan omjoniserat några hundra miljoner år senare.
• Detta ’ t egentligen verkar svara på frågan.
• Dessutom var quark-gluon plasma verkligen inte ’ en plasma i den meningen att OP talar om, men ännu ett tillstånd av materia där kvarkar och gluoner avlokaliseras.