Плазма – четвертое состояние вещества

 Возвращение чародея

Миллионы лет вода постепенно переходит из недр Земли на поверхность, образуя и заполняя океаны. С поверхности водной оболочки Земли вода каждодневно испаряется, образует облака и туманы. Затем, сгустившись в дождь, снег или росу, вода опять возвращается на Землю — в почву и в океаны. Но возвращается не вся. Часть паров увлекается воздушными потоками через стратосферу в более высокие слои атмосферы, и там под действием солнечных ультрафиолетовых лучей молекулы H2O распадаются на водород и кислород. Водород, частицы которого самые легкие и быстрые, преодолевает в какой-то своей доле земное притяжение и ускользает в мировое пространство. Выходит, что Земля наша все время «испаряется», но страшного здесь, кажется, ничего нет. Она не только испаряется: одновременно она захватывает своей атмосферой водород из плазмы так называемого солнечного ветра (о плазме смотри чуть дальше: «Четвертое состояние вещества»). Такой захваченный водород проникает в более глубокие слои атмосферы и образует там новые молекулы H2O. Может быть, как полагают некоторые ученые, эти именно молекулы дают начало «солнечному дождю» на высотах около 100 км над уровнем моря, в слоях, где иногда появляются самые высокие облака Земли — серебристые облака

 Хаос, случайность и механистическая картина мира

Видимо, как раз этим обстоятельством и пользуется святой Петр, вновь и вновь поражая наше воображение непредсказуемостью небес. Древние греки называли четыре агрегатные состояния вещества так: земля, вода, воздух и огонь. Три первые нам всем хорошо известны; теперь они обозначаются нами как твердое, жидкое и газообразное. Однако современными физиками было открыто и четвертое состояние вещества — плазма. Как мы уже видели, различные агрегатные состояния отличаются друг от друга на микроскопическом уровне только относительным расположением отдельных молекул; например, в газообразном состоянии молекулы свободно движутся, и столкновения между ними носят случайный характер. При нагревании газа движение молекул усиливается, и они при этом распадаются на отдельные атомы, прежде входившие в состав молекул газа. Отдельный атом, как известно, состоит из положительно заряженного ядра и вращающихся вокруг него отрицательно заряженных электронов. При высоких температурах — порядка нескольких миллионов градусов — не только молекулы, но и электроны входящих в их состав атомов приходят в движение настолько интенсивное, что их связи с атомными ядрами оказываются нарушены, однако положительный заряд ядер при этом сохраняется.

 Тайны Вселенной

В его глубинах температура достигает четырнадцати миллионов градусов, а давление — десяти миллиардов атмосфер. Сферическая масса огненного газа удерживается собственным тяготением. Солнечный газ — явление особого рода, не имеющее ничего общего, например, с воздухом, которым мы дышим. Солнечный газ — это плазма, особое состояние вещества, когда атомы как бы становятся «голыми», теряют электроны со своих орбит и вместе с ними образуют высокотемпературную смесь — плазму. Основной химический элемент на Солнце — водород. Он же — топливо для колоссальных, не вмещающихся в воображение термоядерных реакций — основы энергетической деятельности Солнца и в конечном счете источника тепла и света для всего живого и неживого на Земле, других планетах и околосолнечном пространстве. В процессе происходящих термоядерных реакций водород превращается в гелий, выделяя ежесекундно 4Ч1026 Дж энергии. Одновременно сквозь солнечную массу просачиваются биллионы биллионов фотонов, которые свободно устремляются в просторы Космоса, неся свет и тепло планетам Солнечной системы

 Методика формирования понятия Плазма в школьном курсе физики

К тому же некоторые школы США и Англии связаны с исследовательскими институтами и получают информацию от них. Я считаю, что тема «Физика плазмы» изложенная более глубоко, в рамках спецкурса по физике, очень заинтересует учащихся, и станет полезной для освоения дальнейших тем курса, таких как «Физика атомного ядра» и последующего обучения в технических ВУЗах. Предлагаемый ниже материал может быть использован как на уроках физики, так и при проведении специального факультативного курса. Эти материалы можно предложить учащимся после изучения тем «Движение частицы в электрическом и магнитном полях» и «Электрический ток в различных средах». Материал для спецкурса по физике по теме «ПЛАЗМА» § 1. ПОНЯТИЕ О ПЛАЗМЕ КАК О ЧЕТВЕРТОМ СОСТОЯНИИ ВЕЩЕСТВА Плазмой называется квазинейтральный ионизованный газ, т.е. частично или полностью ионизованный газ, в котором объемные плотности положительных зарядов практически одинаковы по абсолютной величине: . В общем случае можно считать, что плазма представляет собой смесь трех компонентов: свободные электроны, положительные и отрицательные ионы и нейтральные атомы (или молекулы).

 Атомы и электроны

Будем называть пластинку, соединенную с отрицательным полюсом, катодом, а с положительным - анодом. В 1859 году немецкий физик Плюккер открыл, что если При таком сильном разрежении пропускать электрический разряд между катодом и анодом, то с поверхности катода выходят особые лучи, заставляющие светиться те части стеклянных стенок сосуда, на которые они падают. Таинственные лучи, открытые в 1859 году Плюккером, служили после него предметом исследования ряда ученых, в особенности Гитторфа, Гольдштейна (давшего им название катодных лучей) и других. В 1874 году гениальный английский ученый Крукс прочел в Шеффильде доклад под заглавием «Лучистая материя, или четвертое состояние вещества», в котором высказал смелую гипотезу о том, что катодные лучи представляют поток материальных частиц, движущихся с колоссальной скоростью и заряженных отрицательным электричеством. Эти частицы, по мнению Крукса, входят в состав каждого химического атома. Таким образом, они представляют «осколки» атома, который, следовательно, не может уже считаться «неделимым» в обычном узком смысле этого слова. Рис. 4

 Плазма и ее применение

Плазма и ее применение . Если любое вещество накалить до очень высокой температуры или пропускать через него сильный электрический ток , его электроны начинают отрываться от атомов . То , что остается от атомов после отрыва электрона , имеет положительный заряд и называется ионом , сам процесс отрыва электронов от атомов называется ионизацией , В результате ионизации получается смесь свободных частиц с положительными и отрицательными зарядами . Эту смесь назвали плазмой . При отрыве электронов разрываются и все связи ,которые удерживают частицы в кристалле или жидкости . Казалось бы , в движении частиц не должно остаться никакого порядка . И действительно , плазма во многом похожа на газ . Иногда ее так и называют – газом из заряженных частиц или ионизованным газом . Но самые замечательные свойства плазмы проявляются тогда , когда на нее действует магнитное поле . При этом в движении частиц плазмы проявляется некоторого рода порядок и свойства плазмы становятся совсем другими , чем у газа . По этому плазму и называют четвертым состоянием вещества .Порядок , который вносит магнитное поле в движение частиц плазмы ,-совсем особенный порядок .Его можно назвать винтовым .

 Искусственные спутники Земли

Для вывода её на околоземную эллиптическую орбиту необходимо будет использовать многоступенчатую ракету на химическом топливе. Расчёты показывают, стартовый вес этих ракет-носителей во много десятков раз должен превосходить вес ионной ракеты. Ионная ракета представляет собой двигатель, обеспечивающий продолжительную постоянную малую тягу. Разгон ионных ракет может продолжаться в течение ряда недель, поэтому их можно использовать при длительном полёте в периферийные области солнечной системы. Каковы же принципы устройства плазменных двигателей? С плазмой, четвёртым состоянием вещества, мы встречаемся часто в повседневной жизни. Пламя спички – пример низкотемпературной плазмы, неоновая реклама – плазма газового разряда. Вольтова дуга – ещё один пример плазмы. Плазма состоит из смеси электронов, ионов и нейтральных атомов. Физики разделяют плазму на горячую и холодную. В горячей плазме нейтральных атомов нет. В электрореактивных двигателях используется горячая плазма, состоящая из свободных электрически заряженных частиц и обладающая хорошей электропроводностью.

 Вопросы и ответы по физике в ТУСУР (Томск)

Aggrego –присоединяю, связываю), состояния одного и того же вещества, переходы между которыми сопровождаются скачкообразным изменением его свободной энергии, энтропии, плотности и других физических свойств. Всевещества (за некоторым исключением) могут существовать в трёх агрегатных состояниях — твёрдом, жидком и газообразном. Так, вода при нормальном давлении p= 10l 325 Па=760 мм ртутного столба и при температуре =00 С. кристаллизуется в лёд, а при 100°С кипит и превращается в пар. Четвёртым агрегатным состоянием вещества часто считают плазму. Агрегатное состояние вещества зависит от физических условий, в которых оно находится, главным образом от температуры и от давления. Определяющей величиной является отношение средней потенциальной энергии взаимодействия молекул к их средней кинетической энергии. Так, для твёрдого тeла это отношение больше 1, для газов меньше 1, а для жидкостей приблизительно равно 1. Переход из одного агрегатного состояния вещества в другое сопровождается скачкообразным изменением величины данного отношения, связанным со скачкообразным изменением межмолекулярных расстояний и межмолекулярных взаимодействий.

 Жидкие кристаллы, история открытия жидких кристаллов, структура, типы и их применение

С тех пор вещества, способные в определенном температурном интервале выше точки плавления сочетать одновременно свойства жидкостей (текучесть, способность к образованию капель) и свойства кристаллических тел (анизотропии), стали называться жидкими кристаллами или жидкокристаллическими. ЖК-вещества часто называют мезоморфными, а образуемую ими ЖК-фазу — мезофазой (от греч. "мезос" — промежуточный). Такое состояние является термодинамическим стабильным фазовым состоянием и по праву на ряду с твердым, жидким и газообразным может рассматриваться как четвертое состояние вещества. Однако понимание природы ЖК-состояния веществ установление и исследование их структурной организации приходит значительно позднее. Серьезное недоверие к самому факту существования таких необычных соединений в 20 — 30-х годах сменилось их активным исследованием. Работы Д. Форлендера в Германии во многом способствовали синтезу новых ЖК-соединений. Достаточно сказать, что под его руководством было выполнено 85 диссертаций по жидким кристаллам. Французский ученый Ж. Фридель предложил первую классификацию жидких кристаллов, голландец С. Озеен и чех Х. Цохер создали теорию упругости, русские ученые В.К. Фредерикс и В.Н. Цветков в СССР в 30-х годах впервые исследовали поведение жидких кристаллов в электрических и магнитных полях.

 Металловедение

Контрольная работа №1 1.1. Существенные характеристики кристаллической структуры Все вещества могут находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном, переходы между которыми (так называемые фазовые переходы) сопровождаются скачкообразными изменениями свободной энергии энтропии, плотности и других физических свойств. Четвертым агрегатным состоянием часто называют плазму — сильно ионизированный газ (т. е. газ заряженных частиц — ионов, электронов), образующийся при высоких температурах (свыше 105 К). Однако это утверждение неточно, так как между плазмой и газом нет фазового перехода. Тем не менее, плазма резко отличается от газа прежде всего сильным электрическим взаимодействием ионов и электронов, проявляющимся на больших расстояниях Реализация того или иного агрегатного состояния вещества зависит главным образом от температуры и давления, при которых оно находится В газах межмолекулярные расстояния большие, молекулы практически не взаимодействуют друг с другом и, свободно двигаясь, заполняют весь возможный объем.

 Достаточно общая теория управления (Расовые доктрины в России: их возможности и целесообразность следования им в исторической перспективе)

Хотя слова, обозначающие эти первичные различия, и трактовки связанных с ними понятий при более детальном их описании неоднократно изменялись на протяжении истории Западной региональной цивилизации, но неизменным оставалось одно: информация (“образ”, “идея”) и алгоритмика (“упорядоченность состояний и преобразований образов и идей, вещества и материи в целом”) понятийно сокрыты и неотделимы в группе первичных различий (и соответствующих понятий) от “духа” = “энергии” = “силы”. В явном виде информация, образность Мира не входит в набор названных первичных различий в четырёхипостасном Амуне, олицетворяющем собою категорию «Всё». То же касается и алгоритмики преобразований. “Материя” = “вещество” при дальнейшей детализации соотносилась с четырьмя стихиями (агрегатными состояниями вещества: “земля” — твердое; “вода” — жидкое; “воздух” — газообразное; “огонь” — плазма). А невидимые для большинства людей общеприродные силовые поля, несущие упорядоченную энергию, неразделимо слились с информацией в “нематериальном духе”; природный вакуум — объективно физически вовсе не пустота, а один из видов (агрегатных состояний) материи — стал “пространством-вместилищем”, а “время” стало знаком для обозначения неосязаемой непонятности.

 Вещество в состоянии плазмы

Реферат по физике ученика 10 «МИФ» класса Незамеева Марата. Консультант: Солодова Елена Михайловна. Центр образования №654. 2000 год. Содержание:Возникновение плазмы. 3Квазинейтральность плазмы. 10Движение частиц плазмы. 13Применение плазмы в науке и технике. 15Использованная литература( 1 Долгий путь вёл человека к познанию плазмы, к её использова-нию в различных отраслях техники. Когда же наука и техника включили плазму в сферу своего внимания, рост знаний о ней и её практическое применение пошли семимильными шагами. Тут и возникли плазмохимия и плазмохимическая технология. Ещё крупнейший древнегреческий учёный Аристотель предпо-лагал, что все тела состоят из четырёх низших элементов-стихий: земли, воды, воздуха и огня. Дальнейшее развитие науки наполнило новым содержанием эти термины. Действительно вещество может быть в четырёх состояниях: твёрдом, жидком, газообразном и плазменном. Плазма представляет собой состояние вещества, наиболеераспространённое в космосе и обладающее очень интересными свойствами, которые находят всё более широкое применение в разработках, посвящённых большим проблемам современной техники.

 Реальные газы

Курсовая работа выполнил: студент 462 группы Махорт Александр ГОУ ВПО Тюменский государственный университет Тюмень, 2007. Понятие реального газа. Его свойства. Газы (французское gaz; название предложено голланским учёным Я. Б. Гельмонтом), агрегатное состояние вещества, в котором его частицы не связаны или весьма слабо связаны силами взаимодействия и движутся свободно, заполняя весь предоставленный им объём. Вещество в газообразном состоянии широко распространено в природе. Газы образуют атмосферу Земли, в значительных количествах содержатся в твёрдых земных породах, растворены в воде океанов, морей и рек. Солнце, звёзды, облака межзвёздного вещества состоят из газов — нейтральных или ионизованных (плазмы). Встречающиеся в природных условиях газы представляют собой, как правило, смеси химически индивидуальных газов. Газы обладают рядом характерных свойств. Они полностью заполняют сосуд, в котором находятся, и принимают его форму. В отличие от твёрдых тел и жидкостей, объём газа существенно зависит от давления и температуры.

 Пространство- время или время и пространство?

Возможно это первовещество даже не плазма, а некое, нам пока неизвестное, агрегатное состояние вещества. Но это уже некие дискретные частицы, обладающие массой. А так как масса растягивает вокруг себя пространство, то эти частицы- пузырьки, это вещество с огромной силой, с силой взрыва выталкивается из огромной плотности в центре Вселенной в меньшую на периферии. И с какой силой пространство выталкивает вещество, с такой же силой вещество отталкивает от себя пространство в направлении противоположном движению вещества. Работает Закон равнодействия сил, что и обуславливает высокую плотность пространства в центре Вселенной. В центре Вселенной, образовавшиеся частицы дискретного вещества получают от плотного пространства, обладающего огромной потенциальной энергией, ту колоссальную энергию покоя, которую предсказал и рассчитал Эйнштейн. По мере удаления от центра, частицы не только выталкиваются, но и приталкиваются друг к другу и образуют некие сгустки дискретного вещества. Дальше из этих сгустков образуются звезды, планеты и все другие космические объекты.

 Модель горячей Вселенной

Модель горячей Вселенной  Американский физик Георгий Антонович Гамов в 1946 году заложил основы одной из фундаментальных концепций современной космологии - модели "горячей Вселенной".   В этой модели основное внимание переносится на состояние вещества и физические процессы, идущие на разных стадиях расширения Вселенной, включая наиболее ранние стадии, когда состояние было необычным.   С построением моделей "горячей Вселенной" в космологии наряду с законами тяготения активно применяются законы термодинамики, данные ядерной физики и физики элементарных частиц. Возникает релятивистская астрофизика.   Модель горячей Вселенной получила эмпирическое подтверждение в 1965 году в открытии реликтового излучения американскими учеными Пензиасом и Уилсоном.   Реликтовое излучение - одна из составляющих общего фона космического электромагнитного излучения. Реликтовое излучение равномерно распределено по небесной сфере и по интенсивности соответсвует тепловому излучению абсолютно черного тела при температкур около 3К.   Согласно модели горячей Вселенной, плазма и электромагнитное излучение на ранних стадиях расширения Вселенной обладали высокой плотностью и температурой.

 Происхождение галактик и звёзд. Строение нашей Галактики. Эволюция звёзд

Согласно современным представлениям, решение проблемы образования Солнечной системы требует учёта присутствующих магнитных полей, плазменного состояния вещества, эффектов взаимодействия магнитных полей с плазмой, магнитогидродинамических и газодинамических явлений, химических взаимодействий элементов. Хотя сегодняшние представления о процессе образования Солнечной системы далеки от завершения, сложилось прочное представление о закономерном характере процессов этого типа, протекающих в общем потоке структурной самоорганизации Вселенной. Локальные структуры формируются при участии двух противоположных, но взаимосвязанных механизмов: фракционирования крупных неорганизованных образований (таких, как газопылевые облака) и аккреции мелких частиц вещества с образованием более организованных крупных объектов, развивающихся потом как естественное тело. Необходимое условие совместного действия этих механизмов – значительная неравновесность среды, в которой происходит формирование структур. При подготовке этой работы были использованы материалы с сайта

 Солнечная активность, атмосфера и погода.

В результате в потоке образуется полость, внутри которой расположена Земля со своим магнитным полем. Эту полость называют магнитосферой.» Обращенная к Солнцу граница магнитосферы находится в среднем на расстоянии 10—12 радиусов Земли. При обтекании геомагнитного поля солнечным ветром возникает устойчивая ударная волна, т. е. граница, отделяющая области пространства с существенно различными характеристиками плазмы и магнитного поля. На некотором расстоянии перед ней расположена магнито-пауза, которая служит границей магнитосферы и имеет толщину 100—200 км. Между ударной волной и магни-топаузой образуется переходная область, отличающаяся турбулентным состоянием вещества и неправильными колебаниями магнитного поля. Магнитогидродинамике-скос 'взаимодействие солнечного ветра с геомагнитным полем «сдувает» часть силовых линий с дневной стороны (обращенной к Солнцу) на ночную и тем самым приво дит к образованию хвоста магнитосферы, или геомаг» нитного хвоста, который можно проследить до 1000 радиусов Земли. Силовые линии этого хвоста по обе стороны от геомагнитного экватора имеют противоположное направление. Около экватора они находятся так близко друг к другу, что могут соединяться, создавая вблизи геомагнитного экватора нейтральный слой, напряженность магнитного ноля в котором близка к нулю, а направление перпендикулярно к плоскости геомагнитного экватора.

 Земля - планета Солнечной системы

Тем не менее применение газовых законов к веществу, находящемуся в этом состоянии, оправдано тем, что оно ионизовано. Размеры атомных ядер, потерявших свои электроны, примерно в 10 тысяч раз меньше размеров самого атома. Поэтому размеры самих частиц пренебрежимо малы по сравнению с расстояниями между ними. Это условие, которому должен удовлетворять идеальный газ, для смеси ядер и электронов, составляющих вещество внутри Солнца, выполняется, несмотря на его высокую плотность. Такое состояние вещества принято называть плазмой. Ее температура в центре Солнца достигает примерно 15 млн К. При столь высокой температуре протоны, которые преобладают в составе солнечной плазмы, имеют столь большие скорости, что могут преодолеть электростатические силы отталкивания и взаимодействовать между собой. В результате такого взаимодействия происходит термоядерная реакция: четыре протона образуют альфа-частицу – ядро гелия. Реакция сопровождается выделением определенной порции энергии – гамма-кванта. Из недр Солнца наружу эта энергия передается двумя способами: излучением, т. е. самими квантами, и конвекцией, т. е. веществом. Выделение энергии и ее перенос определяют внутреннее строение Солнца: ядро – центральная зона, где происходят термоядерные реакции, зона передачи энергии излучением и наружная конвективная зона.