等离子体是什么(等离子体是什么如何利用和控制它们)
等离子体是什么(等离子体是什么如何利用和控制它们)
等离子体又称电浆,在生活中很少听说,下面具体说什么是等离子体?
1物质有三种状态。气态、液态和固态。这是常识,我们相信。如果有第四种物质状态,即等离子体状态,我们可能会感到新鲜和不知所措。这并不奇怪。人类很少在活空间中很少观察到自然等离子体状态。只有在雷雨天,闪电撕裂云层,嘶嘶作响,甚至以残酷屠杀生命、杀害人类的方式向自然和人类宣布自己的存在。
2感叹人类太愚蠢了。第四物质状态的宣言直到19世纪末20世纪初才被破译。随着温度的升高,物质逐渐从固态变为液态甚至气态。如果温度上升到几千度或几万度,气体分子或原子将失去电子,成为带正电的离子,脱离原子核的电子将成为自由电子。这个过程叫电离。当气体中有足够的离子和电子时,带电粒子和带电粒子与环境之间的电磁相互作用起着主导作用。这种电离气体是等离子体,相应的状态称为第四物质状态。
生物圈外99%以上的宇宙是由第四态物质组成的。被称为空间或天体等离子体。距地约1000米的电离层是最接近我们的空间等离子体,由太阳辐射引起的上部大气部分地电离产生。磁层靠近电离层。等离子体密度小于电离层的等离子体密度,磁层距地几十公里至几百公里。磁层被称为行星空间,充满了来自太阳的带电粒子辐射——太阳风。太阳风来自太阳大气的最外层(称为日冕)。日冕是一种薄而完全电离的等离子体。和地球一样,磁层也存在于许多其他行星周围。与太阳类似,许多其他恒星附近也有各种等离子体,如中子星(主要由中子组成,质量大或体积小)磁层中的磁场强度高达1012高斯,而地球磁层中的磁场低于1高斯。
星体之间的空间。等离子体密度小,质量小,只占宇宙等离子体的一小部分(不到1%),大部分等离子体聚集在星体内。宇宙中大多数恒星都有剧烈的聚变反应,温度一般在几千万度以上,物质呈完全电离的等离子体态。例如,自50亿年前以来,太阳一直在发生强烈的氢核聚变反应,每秒燃烧约500万吨等离子体氢核,产生大量热能,产生氢核等离子体。
5以上是天然等离子体。还有人工等离子体。普通火焰(温度一般从几百到一两千度)是密度极小的等离子体,钠钾等碱金属蒸汽是温度稍高的等离子体。光放电也是一种等离子体,在低压条件下通过放电产生气体。近年来,一种叫做气相沉积的技术被用来制造各种薄膜。等离子体在工业上应用广泛,如等离子体焊接、等离子体冶金、等离子体喷涂等。激波管是一种可用于产生数万度以上高温等离子体的装置。氢弹爆炸是氢同位素等离子体在数亿度高温下的不可控聚变反应。此外,从某种意义上说,金属和半导体也是等离子体(固体等离子体)。它们应该是固体,但由于自由电子的存在,其中一些性质与等离子体相似。
6等离子体家族成员众多。关系复杂,对人类(生存)起着举足轻重的作用。然而人类对一些至关重要的等离子体却不够了解。它们有何特性?如何利用和控制它们?它们是怎样产生的?又如科学家至今还不清楚雷电产生的机理,至今还不能控制聚变反应(反应速率、能量释放等)。预计解决这些问题还需要一些时日。
以上是关于等离子体的介绍。
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