فیزیک پلاسما

مفهوم واژه “ژئوفیزیک” در طول نیمه دوم قرن بیستم دچار تغییرات زیادی شده
است. در اوایل دهه پنجم این قرن ، دل مشغولی اصلی فیزیک ، توجه به درون
سیاره خودمان ، یعنی به ژئوفیزیک زمین جامد شامل زلزله شناسی ، فیزیک و
صخره‌ها ، خواص مغناطیسی و الکتریکی پوسته و زیر پوسته یا جبه و از این
قبیل بود. با ورود به دوران پروازهای فضایی دامنه توجهات ژئوفیزیکدانها
بازتر شد و بسوی همسایگان ما گسترش یافت. معلوم شد که ماده برون زمینی یک
حالت یونیده دارد، که خیلی متفاوت از حالت ماده شناخته شده نزدیک به سطح
زمین است.

ماده ای این نوع به علت حساسیت آن به میدانهای الکتریکی و مغناطیسی و
قابلیت برای حمل جریانهای الکتریکی ، رفتار غیر منتظره از خود بروز
می‌دهد. فیزیک پلاسمای فضایی به عنوان شاخه جدیدی مهمی از ژئوفیزیک
می‌شود. امروزه ، روشهای فیزیک پلاسما نه تنها در زمینه ژئوفیزیک بیرونی
بکار می‌رود بلکه نقش اساسی در فهم دینامیک مایع مرکزی زمین و نحوه ایجاد
میدان مغناطیسی زمینی به عهده دارند.

فیزیک پلاسما از شاخه‌های فیزیک است که به بررسی یکی از اشکال وجود ماده یعنی پلاسما می‌پردازد.

از آنجا که بخش بزرگی از جرم قابل مشاهدهٔ عالم، ستارگان با دماهای بسیار
زیاد هستند، امکان وجود ماده به صورت‌های جامد و مایع در این اجرام منتفی
است. از سوی دیگر گاز نیز، به دلیل این حرارت بسیار زیاد، تبدیل به یک
توده یونیزه شده و به صورت مخلوطی از یون‌های مثبت(هسته اتم ها) یون‌های
منفی (الکترون ها) و ذرات خنثی در می‌اید.

در این توده، به دلیل وجود نیروهای الکتریکی که بسیار قوی تر از نیروی
گرانشی است ذرات بر روی هم تأثیر زیادی می‌گذارند. به طوری که حرکت بخشی
از این توده، باعث تغییر در وضعیت حرکت و انرژیِ بخش‌های دیگر می‌شود که
به این پدیده، اثر جمعی گفته شده، و هر گاه گاز به شدت یونیزه شده دارای
این خاصیت باشد، پلاسما نامیده می‌شود و این بدین معنی است که بخش غالب
ماده قابل مشاهده جهان، پلاسما است.

جالب این است که پلاسما ممکن است درعین حال دارای چندین دماباشد که این
حالت باتوجه به اینکه میزان برخوردبین خود یونها یا خود الکترونها از
میزان برخوردهای بین یک یون و یک الکترون بیشتراست می‌تواند پیش بیاید.

چند مورد از پلاسما که ما روزانه باآن سروکار داریم عبارت است از: جرقه
رعدوبرق، تابش ملایم شفق قطبی، گازهادی داخل یک لامپ فلورسنت، چراغ نئون و
یونش مختصری که در گازهای خروجی موشک دیده می‌شود.

مفهوم واژه “ژئوفیزیک” در طول نیمه دوم قرن بیستم دچار تغییرات زیادی شده است. در اوایل دهه پنجم این قرن ، دل مشغولی اصلی فیزیک ، توجه به درون سیاره خودمان ، یعنی به ژئوفیزیک زمین جامد شامل زلزله شناسی ، فیزیک و صخره‌ها ، خواص مغناطیسی و الکتریکی پوسته و زیر پوسته یا جبه و از این قبیل بود. با ورود به دوران پروازهای فضایی دامنه توجهات ژئوفیزیکدانها بازتر شد و بسوی همسایگان ما گسترش یافت. معلوم شد که ماده برون زمینی یک حالت یونیده دارد، که خیلی متفاوت از حالت ماده شناخته شده نزدیک به سطح زمین است.

ماده ای این نوع به علت حساسیت آن به میدانهای الکتریکی و مغناطیسی و قابلیت برای حمل جریانهای الکتریکی ، رفتار غیر منتظره از خود بروز می‌دهد. فیزیک پلاسمای فضایی به عنوان شاخه جدیدی مهمی از ژئوفیزیک می‌شود. امروزه ، روشهای فیزیک پلاسما نه تنها در زمینه ژئوفیزیک بیرونی بکار می‌رود بلکه نقش اساسی در فهم دینامیک مایع مرکزی زمین و نحوه ایجاد میدان مغناطیسی زمینی به عهده دارند.

فیزیک پلاسما از شاخه‌های فیزیک است که به بررسی یکی از اشکال وجود ماده یعنی پلاسما می‌پردازد.

از آنجا که بخش بزرگی از جرم قابل مشاهدهٔ عالم، ستارگان با دماهای بسیار زیاد هستند، امکان وجود ماده به صورت‌های جامد و مایع در این اجرام منتفی است. از سوی دیگر گاز نیز، به دلیل این حرارت بسیار زیاد، تبدیل به یک توده یونیزه شده و به صورت مخلوطی از یون‌های مثبت(هسته اتم ها) یون‌های منفی (الکترون ها) و ذرات خنثی در می‌اید.

در این توده، به دلیل وجود نیروهای الکتریکی که بسیار قوی تر از نیروی گرانشی است ذرات بر روی هم تأثیر زیادی می‌گذارند. به طوری که حرکت بخشی از این توده، باعث تغییر در وضعیت حرکت و انرژیِ بخش‌های دیگر می‌شود که به این پدیده، اثر جمعی گفته شده، و هر گاه گاز به شدت یونیزه شده دارای این خاصیت باشد، پلاسما نامیده می‌شود و این بدین معنی است که بخش غالب ماده قابل مشاهده جهان، پلاسما است.

جالب این است که پلاسما ممکن است درعین حال دارای چندین دماباشد که این حالت باتوجه به اینکه میزان برخوردبین خود یونها یا خود الکترونها از میزان برخوردهای بین یک یون و یک الکترون بیشتراست می‌تواند پیش بیاید.

چند مورد از پلاسما که ما روزانه باآن سروکار داریم عبارت است از: جرقه رعدوبرق، تابش ملایم شفق قطبی، گازهادی داخل یک لامپ فلورسنت، چراغ نئون و یونش مختصری که در گازهای خروجی موشک دیده می‌شود.

پلاسما، امروزه نقش مهمی در توسعهٔ منابع انرژی، از راه همجوشی هسته‌ای یافته است.

دید کلی:

می دانیم که برای خواص عمومی ماده سه حالت ((جامد)) ، ((مایع)) و ((گاز)) در نظر گرفته میشود. اما در مباحث علمی معمولا یک حالت چهارم نیز برای ماده فرض میشود. حدوث طبیعی پلاسما در دماهای بالا ، سبب تخصیص عنوان چهارمین حالت ماده به آن شده است. یک نمونه بسیار طبیعی از پلاسما آتش است بنابراین خورشید نمونه ای از ((پلاسمای داغ)) بزرگ است.

تعریف پلاسما:

پلاسما گاز شبه خنثایی از ((ذرات باردار)) و خنثی است که ((رفتار جمعی)) از خود ارائه میدهد. به عبارت دیگر میتوان گفت که واژه پلاسما به گاز یونیزه شدهای اطلاق میشود که همه یا بخش قابل توجهی از اتمهای آن یک یا چند الکترون از دست داده و به یونهای مثبت تبدیل شده باشند. یا به گاز به شدت یونیزه شدهای که تعداد الکترونهای آزاد آن تقریبا برابر با تعداد یونهای مثبت آن باشد، پلاسما گفته میشود.

تعاریف دیگر

پلاسما حالت چهارم ماده پس از حالت های جامد، مایع و گاز است.

پلاسما یک گاز یونی شده ی بسیار سوزان است، گازی چنان سوزان که برخوردهای شدید گرمایی، همه یا بسیاری از اتم های آن را به یون های مثبت و الکترون ها تجزیه کرده است.

پلاسما در واقع همان آتش خالص است زیرا بخشی از یک شعله ی عادی پلاسما و بخش دیگر آن گاز سوزان است.

بیش تر مواد در جهان به صورت پلاسما هستند.

خورشید و همه ی ستارگان کرات عظیمی از پلاسما هستند در حدود ۹۹% جرم کل جهان در این کرات پلاسمایی قرار دارد.

صاعقه، آتش سنت المو ، شفق شمالی و یونوسفر خود نوعی پلاسما هستند.

گاز داخل لوله های مهتابی و تابلوهای نئونی پلاسما است، قوس درخشان دستگاه جوش الکتریکی پلاسما است، آتش خروجی از موشک پلاسما است و کره ی آتشین بمب هسته ای نیز پلاسما است.

پلاسما شامل مخلوطی از یون های مثبت، الکترون ها و اتم های خنثی است.

میزان یون شدگی یک گاز به دما بستگی دارد: اگر دما کم باشد، پلاسما شامل تعداد نسبتا  زیادی اتم خنثی است و اگر دما زیاد باشد تقریبا تمامی اتم ها به صورت یون در می آیند.

گاز معمولی نیز مقداری یون و الکترون دارد اما نه به اندازه ای که آن را به پلاسما تبدیل کند. اگر گازی را تا دماهای زیادتر و زیادتر گرم کنیم آن گاز به تدریج به پلاسما تبدیل می گردد

حدود پلاسما:

اغلب گفته میشود که ۹۹% ماده موجود در طبیعت در حالت پلاسماست، یعنی به شکل گاز ((الکتریسته)) داری که اتمهایش به یونهای مثبت و ((الکترون)) منفی تجزیه شده باشد. این تخمین هر چند ممکن است خیلی دقیق نباشد ولی تخمین معقولی است از این واقعیت که فیزیک ستارگان درون ستارگان و جو آنها، ابرهای گازی و اغلب هیدروژن ((فضای بین ستارگان)) بصورت پلاسماست. در نزدیکی خود ما ، وقتیکه ((جو زمین)) را ترک میکنیم بل
افاصله با پلاسمایی مواجه می شویم که شامل ((کمربند تشعش