Плазменное состояние вещества — справочник студента

Солнечное вещество находится в состоянии плазмы

Состояние плазмы практически единогласно признается научным сообществом как четвертое агрегатное состояние. Вокруг данного состояния даже образовалась отдельная наука, изучающая это явление – физика плазмы. Состояние плазмы или ионизованный газ представляется как набор заряженных частиц, суммарный заряд которых в любом объеме системы равен нулю – квазинейтральный газ.

Получение плазмы

Получить высокотемпературную плазму можно двумя способами: посредством сильного нагрева газа, либо при помощи сильного сжатия вещества.

При таких условиях электроны не способны удерживаться на орбитах в атомах вещества, в результате чего «сходят» с них. Таким образом возникает набор отдельных положительных частиц (протонов или ядер атомов — ионов) и электронов.

Посредством дальнейшего увеличения давления или температуры из состояния плазмы также можно получить кварк-глюонную плазму.

Плазма как четвертое агрегатное состояние

Также существует газоразрядная плазма, которая возникает при газовом разряде. При прохождении электрического тока через газ, первый ионизирует газ, ионизированные частицы которого являются переносчиками тока.

Так в лабораторных условиях получают плазму, степень ионизации которой можно контролировать при помощи изменения параметров тока.

Однако, в отличие от высокотемпературной плазмы, газоразрядная нагревается за счет тока, и потому быстро охлаждается при взаимодействии с незаряженными частицами окружающего газа.

Электрическая дуга — ионизированный квазинейтральный газ

Свойства и параметры плазмы

В отличие от газа вещество в состоянии плазмы обладает очень высокой электрической проводимостью. И хотя суммарный электрический заряд плазмы обычно равен нулю, она значительно подвержена влиянию магнитного поля, которое способно вызывать течение струй такого вещества и разделять его на слои, как это наблюдается на Солнце.

Спикулы — потоки солнечной плазмы

Другое свойство, которое отличает плазму от газа – коллективное взаимодействие. Если частицы газа обычно сталкиваются по двое, изредка лишь наблюдается столкновение трех частиц, то частицы плазмы, в силу наличия электромагнитных зарядов, взаимодействуют одновременно с несколькими частицами.

В зависимости от своих параметров плазму разделяют по следующим классам:

• По температуре: низкотемпературная – менее миллиона кельвин, и высокотемпературная – миллион кельвин и более. Одна из причин существования подобного разделения заключается в том, что лишь высокотемпературная плазма способна участвовать в термоядерном синтезе.
• Равновесная и неравновесная. Вещество в состоянии плазмы, температура электронов которого значительно превышает температуру ионов, называется неравновесной. В случае же когда температура электронов и ионов одинаковая говорят о равновесной плазме.
• По степени ионизации: высокоионизационная и плазма с низкой степенью ионизации. Дело в том, что даже ионизированный газ, 1% частиц которого ионизированы, проявляет некоторые свойства плазмы. Однако, обычно плазмой называют полностью ионизированный газ (100%). Примером вещества в таком состоянии является солнечное вещество. Степень ионизации напрямую зависит от температуры.

Применение

Наибольшее применение плазма нашла в светотехнике: в газоразрядных лампах, экранах и различных газоразрядных приборах, вроде стабилизатора напряжения или генератора сверхвысокочастотного (микроволнового) излучения.

Возвращаясь к освещению – все газоразрядные лампы основаны на протекании тока через газ, что вызывает ионизацию последнего. Популярный в технике плазменный экран представляет собой набор газоразрядных камер, заполненных сильно ионизированным газом.

Электрический разряд, возникающий в этом газе порождает ультрафиолетовое излучение, которое поглощается люминифором и далее вызывает его свечение в видимом диапазоне.

Устройство плазменного экрана

Вторая область применения плазмы – космонавтика, а конкретнее – плазменные двигатели. Такие двигатели работают на основе газа, обычно ксенона, который сильно ионизируется в газоразрядной камере. В результате этого процесса тяжелые ионы ксенона, которые к тому же ускоряются магнитным полем, образуют мощный поток, создающий тягу двигателя.

Наибольшее же надежды возлагаются на плазму – как на «топливо» для термоядерного реактора. Желая повторить процессы синтеза атомных ядер, протекающие на Солнце, ученые работают над получением энергии синтеза из плазмы.

Внутри такого реактора сильно разогретое вещество (дейтерий, тритий или даже гелий-3) находится в состоянии плазмы, и в силу своих электромагнитных свойств, удерживается за счет магнитного поля.

Формирование более тяжелых элементов из исходной плазмы происходит с выделением энергии.

Устройство термоядерного реактора

Также плазменные ускорители используются в экспериментах по физике высоких энергий.

Плазма в природе

Состояние плазмы – наиболее распространенная форма вещества, на которую приходиться около 99% массы всей Вселенной. Вещество любой звезды – это сгусток высокотемпературной плазмы. Помимо звезд, существует и межзвездная низкотемпературная плазма, которая заполняет космическое пространство.

Ярчайшим примером является ионосфера Земли, которая представляет собой смесь нейтральных газов (кислорода и азота), а также сильно ионизированного газа. Ионосфера образуется как следствие облучения газа солнечным излучением. Взаимодействие же космического излучения с ионосферой приводит к полярному сиянию.

На Земле плазму можно наблюдать в момент удара молнии. Электрический искровой заряд, протекающий в атмосфере, сильно ионизирует газ на своем пути, образуя тем самым плазму.

Следует отметить, что «полноценная» плазма, как набор отдельных заряженных частиц, образуется при температурах более 8 000 градусов Цельсия.

По этой причине утверждение, что огонь (температура которого не превышает 4 000 градусов) – это плазма – лишь популярное заблуждение.

Источник: https://SpaceGid.com/sostoyanie-plazmyi.html

Плазменное состояние вещества

⇐ ПредыдущаяСтр 11 из 115Следующая ⇒

Кроме перечисленных выше трех состоянии вещество может на­ходиться в четвертом агрегатном состоянии – плазменном,кото­рое открыто сравнительно недавно.

Состояние плазмы возникает в том случае, если на вещество в газообразном состоянии дейст­вуют такие сильные ионизирующие факторы, как сверхвысокие температуры (в несколько миллионов градусов), мощные электри­ческие разряды или электромагнит-ные излучения.

При этом про­исходит разрушение молекул и атомов вещества и превращение его в смесь, состоящую из положительно заряженных ядер и элект­ронов, движущихся с колоссальными скоростями. По этой причине плазму иногда называют электронно-ядерным газом.

Различают два вида плазмы: изотермическую и газоразряд­ную.

Изотермическая плазмаполучается при высоких температурах, под влиянием которых имеет место термическая диссоциация ато­мов вещества, и может существовать неограниченно долго.

Такой вид плазмы представляет собой вещество звезд, а также шаровых молний.

Изотермическая плазма играет исключительно важную роль в космических процессах. Три других агрегатных состояния вещест­ва в космическом пространстве являются исключением.

Газоразрядная плазмаобразуется при электрическом разряде и поэтому устойчива только при наличии электрического поля. Как только прекращается действие внешнего поля, газоразрядная плаз­ма вследствие образования нейтральных атомов из ионов и элект­ронов исчезает в течение 10–5-10–4 с.

Одним из замечательных свойств плазмы является ее высокая электрическая проводимость. Чем выше температура плазмы, тем выше ее проводимость. В силу этого через плазму можно пропу­скать токи в сотни тысяч и миллионы ампер.

При пропускании через плазму таких токов можно поднять ее температуру до десятков и даже сотен миллионов градусов, а дав­ление – до десятка гигапаскалей. Подобные условия, как известно, близки к проведению термоядерных реакций синтеза, при которых можно получать колоссальные количества энергии.

Как известно, энергия выделяется не только при делении ядер, но и при их синтезе, т. е. при слиянии более легких ядер в более тяжелые. Задача в этом случае состоит в том, чтобы, преодолев электрическое отталкивание, сблизить легкие ядра на достаточно малые расстояния, где между ними начинают действовать ядерные силы притяжения.

Так, например, если бы можно было заставить два протона и два нейтрона объединиться в ядро атома гелия, то при этом выделилась бы огромная энергия. С помощью нагрева до высоких температур в результате обычных столкновений ядра мо­гут сблизиться на столь малые расстояния, что ядерные силы всту­пят в действие и произойдет синтез.

Начавшись, процесс синтеза, как показывают расчеты, может дать такое количество теплоты, которое нужно для поддержания высокой температуры, необходи­мой для дальнейших слияний ядер, т.е. процесс будет идти непре­рывно. При этом получается такой мощный источник тепловой энергии, что ее количество можно контролировать только количе­ством необходимого материала.

В этом и состоит сущность прове­дения управляемой термоядерной реакции синтеза.

При прохождении через плазму электрический ток создает сильное магнитное поле, которое сжимает поток электронов и ио­нов в плазменный шнур.Этим достигается тепловая изоляция плазмы от стенок сосуда. С увеличением силы тока электромагнит­ное сжатие плазмы проявляется сильнее.

В этом заключается сущ­ность так называемого пинч-эффекта.

ТЕОРИЯ ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ

Общие положения учения о химической связи. Ковалентная связь

Понятие о химической связи является одним из основополагающих в современной науке. Без знания природы взаимодействия атомов невозможно понять механизм образования химических соединений, их состав и реакционную способность, и тем более, прогнозировать свойства новых материалов.

Самые первые и не вполне четкие представления о химической связи ввел Кекуле в 1857 г. Он указывал, что число атомов, связанных с атомом другого элемента, зависит от основности составных частей.

Впервые собственно термин «химическая связь» был введен А.М. Бутлеровым в 1863 г. В создании учения о химической связи большую роль сыграла его теория химического строения, предложенная в 1861 г. Однако, сформулировав основные положения теории, Бутлеров тогда еще не употреблял термина «химическая связь». Положения его учения таковы:

1. Атомы в молекулах соединены друг с другом в определенной последовательности. Изменение этой последовательности приводит к образованию нового вещества с новыми свойствами.

2. Соединение атомов происходит в соответствии с их валентнос-тью.

3. Свойства веществ зависят не только от состава, но и от их «химического строения», т.е. от порядка соединения атомов в молекулах и характера их взаимного влияния.

Таким образом, свойства веществ определяются не только их качественным и количественным составом, но и внутренней структурой молекул.

В 1863 г. в работе «О различных объяснениях некоторых случаев изомерии» Бутлеров уже говорит о «способе химической связи между атомами», о «химической связи отдельных атомов».

Что же представляет собой термин «химическая связь»?

Научное объяснение природы химической связи смогло появиться только после возникновения учения о строении атома. В 1916 г. американский ученый физико-химик Льюис высказал предположение, что химическая связь возникает путем спаривания электронов, принадлежа-щих различным атомам. Эта идея явилась исходным пунктом для современной теорииковалентной химической связи.

В том же году немецкий ученый Коссель предположил, что при взаимодействии двух атомов один из них отдает, а другой – принимает электроны. Электростатическое взаимодействие образующихся ионов и приводит к получению устойчивого соединения. Развитие идей Косселя привело к созданию теории ионной связи.

В любом случае химическая связь имеет электрическое происхождение, т.к. обусловлена, в конечном счете, взаимодействием электронов.

Одной из причин возникновения химической связи является стремление атомов принять более устойчивое состояние. Необходимое условие образования химической связи – уменьшение потенциальной энергии системы взаимодействующих атомов.

При химических реакциях ядра атомов и внутренние электронные оболочки не претерпевают изменений. Химическая связь осуществляется за счет взаимодействия наиболее удаленных от ядра электронов, называемых валентными.

Валентными являются: у s-элементов – s-электроны внешнего энергетического уровня, у р-элементов – s- и р- электроны внешнего энергетического уровня, у d-элементов – s-электроны внешнего и d-электроны предвнешнего энергетических уровней, у f-элементов – s-электроны внешнего и f-электроны третьего снаружи энергетических уровней.

Современное учение о химической связи основано на квантово-механических представлениях. Для описания химической связи в настоящее время широко используются два метода: метод валентных связей (МВС) и метод молекулярных орбиталей (ММО).

• Метод ВС более прост и нагляден, поэтому рассмотрение теории химической связи начнем именно с него.
• Рассмотрим наиболее часто встречающуюся ковалентную химичес-кую связь.
• Метод валентных связей
• В основе метода ВС лежат следующие положения.

1. Ковалентная химическая связь образуется двумя электронами с противоположно направленными спинами, причем эта электронная пара принадлежит одновременно двум атомам. Сами же атомы сохраняют свою индивидуальность.

2. Ковалентная химическая связь тем прочнее, чем в большей степени перекрываются взаимодействующие электронные облака.

В широком смысле слова ковалентная связь – это химическая связь между атомами, осуществляемая путем обобществления электронов. Ковалентную связь можно рассматривать как универсальный, самый распространенный тип химической связи.

Для точного описания состояния электрона в молекуле необходи-мо решить уравнение Шредингера для соответствующей системы электронов и ядер, задавшись условием минимума энергии.

Однако, в настоящее время решение уравнения Шредингера возможно лишь для самых простых систем. Впервые приближенный расчет волновой функции электрона был произведен в 1927 г.

Гейтлером и Лондоном для молекулы водорода.

Рис. 4.1. Зависимость энергии системы из двух атомов водорода от

межъядерного расстояния для электронов с параллельными (1) и

антипараллельными (2) спинами.

В результате проведенной работы они получили уравнение, связывающее потенциальную энергию системы с расстоянием между ядрами двух атомов водорода. При этом оказалось, что результаты расчетов зависят от того, одинаковы или противоположны по знаку спины обоих электронов.

При параллельных спинах сближение атомов приводит к непрерыв-ному возрастанию энергии системы. При противоположно направленных спинах сближение атомов до некоторого расстояния r0 сопровождается снижением энергии системы, после чего она вновь начинает возрастать (рис. 4.1).

Таким образом, если спины электронов параллельны, образования химической связи по энергетическим причинам не происходит, а в случае же противоположно направленных спинов электронов образуется молекула Н2 – устойчивая система из двух атомов водорода, расстояние между ядрами которых составляет r0.

Это расстояние r0 существенно меньше удвоенного атомного радиуса (для молекулы водорода – соответственно 0,074 и 0,106 нм), следовательно, при образовании химической связи происходит взаимное перекрывание электронных облаков, реагирующих атомов (рис. 3.2).

Рис. 4.2. Схема перекрывания электронных облаков при образовании

молекулы водорода

Вследствие перекрывания облаков электронная плотность между ядрами повышается, при этом возрастают силы притяжения между этой областью отрицательного заряда и положительно заряженными ядрами взаимодействующих атомов. Возрастание сил притяжения сопровож-дается выделением энергии, что и приводит к образованию химической связи.

При изображении структурных формул связь обозначают черточкой либо двумя точками (точка обозначает электрон):

Н – Н Н : Н

В рассмотренном случае обобществляются электроны, находящие-ся на s-орбиталях атомов водорода. Других электронов у атома водорода нет. В случае же, например, галогенов у каждого взаимодействующего атома на внешнем энергетическом уровне находятся также по три пары электронов, не участвующие в образовании химической связи (два s-электрона и четыре р-электрона):

Химическая связь в молекуле F2 образуется за счет взаимодейст-вия неспаренных электронов, находящихся на атомных р-орбиталях, осталь-ные электроны участия в образовании химической связи не принимают (часто их называют неподеленными электронными парами).

В образовании молекул H2 и F2 принимают участие лишь по одному электрону от каждого атома. Ковалентная связь, образованная одной парой электронов, называется одинарной связью.

1. Связь, образованная двумя или тремя парами электронов, назы-вается кратной связью. Так, атомы кислорода и азота содержат соот-ветственно два и три неспаренных электрона:
3. Следовательно, в образовании молекул О2 и N2 принимают участие соответственно два или три электрона от каждого атома. Таким образом, связь в молекуле кислорода двойная, а в молекуле азота – тройная:

Каким способом может образовываться кратная связь? Все ли связи в этих случаях равноценны? Для ответа на этот и другие сопутствующие вопросы следует рассмотреть основные характеристики ковалентной связи.

⇐ Предыдущая6789101112131415Следующая ⇒

Рекомендуемые страницы:

Источник: https://lektsia.com/5x386b.html

ПОИСК

    Плазменное состояние вещества 165 [c.165]

    Сформулируйте главные признаки плазменного состояния вещества. Приведите примеры существования плазмы в природных или лабораторных условиях. [c.50]

    В зависимости от условий окружающей среды и в первую очередь от температуры и давления химические вещества могут находиться в различных агрегатных состояниях.

Эти агрегатные состояния отличаются друг от друга величиной и природой сил, действующих между частицами, а также характером движения самих частиц.

Различают твердое, жидкое, газообразное и плазменное состояния веществ. [c.70]

    Б плазменном состоянии вещества получают в специальных устройствах — генераторах плазмы. Наиболее широко применяют электродуговые плазмотроны постоянного и переменного тока промышленной частоты. Такой генератор плазмы (рис. 4.49, а) [c.295]

    Состояние растворенных в аммиаке металлов до известной степени напоминает плазменное состояние вещества (стр. 378). [c.121]

    В настоящее время установлено четвертое, так называемое плазменное состояние вещества, наступающее при температуре более 5000° С. Такое состояние связано с диссоциацией молекул и с образованием из них положительно заряженных ионов и свободных электронов. [c.33]

    Плазменное состояние вещества [c.165]

    Особую разновидность плазмы представляет ионосфера Земли. Ионизация происходит здесь в основном под действием ультрафиолетового излучения Солнца. Таким образом, в масштабах космического пространства господствующим является плазменное состояние вещества, все три другие агрегатные состояния являются исключением. [c.15]

    Плазменное состояние вещества часто выделяют в четвертое агрегатное состояние. Плазмой называется газ, в котором значительная доля частиц (обычно более 1%) ионизирована.

Такое состояние газа достигается при приложении к нему высокого напряжения или повышением температуры до 3000-5000 К.

В металлургии и плазмохимии используется низкотемпературная плазма (10 -10 К), в ядерной физике и астрофизике изучают плазму с температурой 10 -10 К (высокотемпературную плазму). [c.301]

    Понятие плазма возникло в науке совсем недавно (около 40 лет тому назад). Плазмой представляет собой совокупность всевозможных мельчайших частиц вещества — электронов, положительно заряженных ионов, электронейтральных молекул и др. Ученые относят плазменное состояние вещества к четвертому физическому состоянию материи. [c.123]

    За последнее время в связи с проблемой мирного использования энергии термоядерных реакций много внимания уделяется четвертому состоянию вещества — плазме. Под плазмой понимается любой объект, состоящий из свободных электронов и ионов всевозможных степеней ионизации (включая и нулевую).

Например, обычный дуговой разряд между медными электродами представляет собой плазму, состоящую из свободных электронов, однократно ионизированных, и нейтральных атомов меди. Светящийся газ в рекламных трубках, в кварцевых и люминесцентных лампах, в каналах атмосферных разрядов и т. п. также является своего рода плазмой. Солнце и звезды представляют собой идеальную плазму.

Плазма состоит из электронов и оголенных ядер и имеет температуру, измеряемую десятками и сотнями миллионов градусов. Плазменное состояние вещества значительно сложнее для исследования, чем первые три агрегатных состояния, поскольку в нем главную роль играют электрические и магнитные силы.

    В плазменном состоянии вещества взаимодействуют весьма энергично, и даже такие, которые инертны в обычных условиях. [c.123]

    Использование плазменного состояния вещества позволяет увеличить концентрацию энергии в технологическом или металлургическом реакторе на порядки, по сравнению с процессами, проводимыми в трех других состояниях, и менять ее в широких пределах [12.

Удельную мощность можно менять в интервале 10 10 Вт/см , поверхностную мощность на границе раздела фаз — в диапазоне 10 -ь10 Вт/см . Энергия компонентов низкотемпературной (технологической) плазмы изменяется в диапазоне 0,5-Ь5 эВ при плотности вещества 10 °-ь10 ° см .

Место плазменной технологии применительно к химико-металлургическому производству показано на диаграмме А. И. Морозова (рис. 1.3) [13]. [c.39]

    Накопление большого количества энергии в веществе может привести к переходу его в плазменное состояние, т. е.

вызвать в нем процессы диссоциации молекул и ионизации атомов и молекул (Н° Н+ Н — водородная плазма).

Есля в плазменном состоянии вещество не вступало в какие-либо химические процессы, то при отводе накопленной энергии (охлаждение) вещество плазмо-образователя остается без изменений. [c.9]

    Плазменное состояние вещества характеризуется как газ, обладающий электропроводностью и другими свойствами, связанными с электропроводностью. [c.11]

    Плазменное состояние вещества, получающееся при определенных условиях, характеризуется как газ, обладающий электропроводностью и другими свойствами, связанными с электропроводностью. [c.12]

    Понятие плазмы, или плазменного состояния вещества, охватывает как горячие, так и холодные газы, обладающие свечением и электропроводностью. Различают два рода плазмы изометрическая, возникающая при температуре газа, достаточно высокой для сильной термической ионизации, и газоразрядная, образующаяся при электрических разрядах в газах. [c.51]

    В настоящее время разрабатываются и другие методы получения сверхвысоких температур в плазменном состоянии вещества. [c.54]

    Второе издание кни.

ги Основы физической химии дополнено методами расчета констант равновесия химических реакций и некоторыми новыми данными (появившимися в последние годы) о трансурановых элементах, плазменном состоянии веществ, изменении свойств газов, жидкостей и твердых тел при сверхвысоких давлениях, о сверхчистых металлах, о результатах физикохимических исследований отдельных химических реакций. [c.5]

    В зависимости от температуры и давления большинство веществ может находиться в газообразном, жидком и твердом состояниях, называемых агрегатными состояниями вещества.

В настоящее время установлено четвертое, так называемое плазменное, состояние вещества, наступающее при температуре более 5000° С.

В таком состоянии молекулы диссоциируют, образуя положительно заряженные ионы и электроны. [c.27]

    В плазме электрического разряда образуются ионы среды и материала электродов. Доля последних в общем балансе частиц зависит от физических свойств вещества электродов, формы разряда и его параметров. В зависимости от целей практического использования плазменного состояния вещества преобладание электродного компонента желательно, в других случаях его присутствие оказывается вредным.

Электродный компонент может играть существенную роль в кинетике и механизме химических реакций при электрическом разряде как катализатор или как фактор, препятствующий протеканию реакции. Поэтому изучение механизма поступления вещества электродов в плазму разряда и особенно нахождение способов управления ходом этого процесса представляет собой актуальную задачу. [c.

106]

    Пламя можно рассматривать как разновидность плазменного состояния вещества, так как оно всегда содержит некоторое количество свободных электронов и ионов, что подтверждается экспериментально, например, его электропроводностью. Во внутреннем конусе пламен при недостатке окислителя идут реакции первичного сгорания смеси.

При постоянном составе горючей смеси и стабильных условиях ее поступления в горелку пламя имеет четко выраженную структуру. Это объясняется тем, что скорость поступления горючей смеси уравнена скоростью фронта пламени.

Получаемая в результате устойчивая плазма обусловливает высокую воспроизводимость пламеннофотометрических определений, обычно составляющих 2—4%, а иногда и 0,5—1,0%. Средние температуры некоторых наиболее широко применяемых пламен приведены ниже  [c.246]

    В плазменном состоянии вещества получают в специальных устройствах — генераторах плазмы. Наиболее широко распространены электродуговые плазмотроны постоянного и переменного тока промышленной частоты. Такой генератор плазмы (рис. 5.53, а) содержит электроды /, разрядную камеру 3 и узел подачи газа.

Газ проходит через дугу в, горящую между катодом и анодом, и истекает в виде плазменной струи через отверстие в аноде-сопле. Стабилизацию дугового столба в пространстве обеспечивают благодаря соответствующей конструкции стенок камеры 3 и сопла или подаче газа тангенциально к этим стенкам (вихревая подача газа).

 [c.474]

    Ионы, наряду с атомами, молекулами и радикалами, относятся к основным структурным единицам вещества. Отличительная особенность ионов — наличие у них зарядов, определяющих специфику их поведения в растворах, газообразном и твердом состояниях [1].

Ионы являются основой плазменного состояния вещества, растворов электролитов, многих кристаллов и т. д.

Б качестве реагиру- ющих частиц они принимают участие в таких важнейших ионных процессах, как растворение, сольватация, ионная сублимация, электрохимические, окислительно-восстановительные и другие. [c.5]

    Плазменному состоянию вещества в настоящее время придается бояьшое значение в технике. С плазмой связывается практическое решение важных проблем  [c.377]

    В заключение отметим, что плазменное состояние вещества широко распространено в природе. Из плазмы состоят звезды и тумашюсти. Состояние плазмы возникает при молниях, в электрической дуге, даже в пламени горящей спички. [c.26]

    Начало научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по применению плазменного состояния вещества для получения урановых материалов для ядерного топливного цикла в СССР следует отнести к 1962 г.

Примерно в это же время низкотемпературная плазма заняла заметное место в развитии различных направлений науки и техники, в частности в металлургии, в химической технологии, в технике обработки материалов. У истоков развития этих направлений в СССР стояли проф. Л.С.Полак и академик РАН П. П. Рыкалин.

Развитие прикладных работ в области плазменной технологии и металлургии активизировало разработку генераторов потоков низкотемпературной плазмы здесь основное продвижение в разработке и создании электродуговых генераторов плазмы сделано на основе работ академика РАН М. Ф. Жукова, д.т.н. О.И. Ясько развитие высокочастотных генераторов — благодаря работам школы того же Н.

Н.Рыкалина и проф. С. В. Дресвина основной вклад в развитие микроволновых и высокочастотных генераторов плазмы применительно к решению химико-металлургических проблем сделан академиком РАН В. Д. Русановым. [c.17]

    В конце концов работы по плазменному разделению изотопов урана в том виде, как они первоначально проводились, были прекращены, а на основе исследования поведения UFe в газоразрядной плазме были разработаны плазменные химико-металлургические процессы, представленные в остальных главах настоящей книги.

Бутылкин и инженер Б. А. Киселев. С ними я прошел пожалуй самый интересный и счастливый отрезок жизни, с 1966 г. по 1974 г. За указанное время мы, не имея вначале базового образования в области физики и химии плазмы, восполнили этот недостаток регулярным посещением семинаров проф. Л. С.

По лака по физике и химии низкотемпературной плазмы, самообразованием, контактами с коллегами из Института атомной энергии им. И. В. Курчатова и экспериментальной работой, направления которой в общей форме и очень благожелательно контролировались проф. П.П.Галкиным.

В этот период мы исследовали процессы получения оксидов урана из различных солей, имея первоначальной целью заменить традиционные процессы плазменными на том основании, что при использовании плазмы в качестве теплоносителя возможно нагреть сырье до очень высоких температур (100 Ч- 2500 °С) при сравнительно холодной стенке реактора (100 -j- 500 °С).

В конце концов мы поняли, что для достижения технического и коммерческого успеха в использовании плазменного состояния вещества в технологии далеко не достаточно замены обычных состояний вещества плазменным, а также высоких скоростей химических реакций в плазме и [c.18]

    Кроме термодинамических обоснований применения водородной плазмы для указанного процесса, в [22] приведены и кинетические. Дело в том, что экспериментально найденная энергия активации восстановления UFe водородом по уравнению (11.83), равная 34,1 кДж/моль, не является истинной энергией активации. Энергия активации лимитирующей стадии процесса до 1500 К — реакции (11.

88) — оценена в [22] в несколько раз большей — равной 207,9 кДж/моль. При переходе к диссоциационному механизму восстановления урана из UFe энергия активации лимитирующей стадии (11.93) составляет 338 кДж/моль.

Однако при высоких температурах, характерных для плазменного состояния веществ, когда величина кТ в уравнении Аррениуса может сравняться с энергией активации, кинетические ограничения преодолеваются относительно легко.

    Г)6. (с. 102). Совершенно очевидно, что В, И. глубоко прав, говоря о необ.ходимости учитывать петри состояния вещества, а значительно больше. Помимо глубинно-планетного состояния (см. комментарий 8 к с.

23), которое также может быть разбито на два пластическое, с деформацией кристаллической решетки, и металлизирован([ое , как его называет А. Ф. Капустинский, с деформированными наружными оболочками атомов, сам В. И.

указывает на состояние внут-ризвездное — там электронные оболочки атомов могут, вероятно, полностью отсутствовать, состояние ионизированного разрежешюго газа ионосферы — плазменное состояние вещества и т. д. [c.314]

Источник: https://www.chem21.info/info/592578/

Четвертое состояние вещества

Физическое состояние вещества зависит от сочетаний температуры и давления. В зависимости от этих параметров вещество может принимать разные агрегатные состояния, такие как твердое тело, жидкость или газ.

Однако существуют и другие фундаментальные состояния вещества. Одно из них — плазма, которая может возникать при определенных условиях.

  Термин «плазма» впервые был применен к ионизированному газу в 1929 году Ирвингом Лэнгмюром, американским химиком и физиком.

Источник изображения: soho.nascom.nasa.gov

Агрегатное состояние вещества можно рассматривать как состояние элементарных частиц, составляющих вещество, и прочность связей между ними. Например, в (кристаллическом) твердом теле существуют сильные межмолекулярные связи, удерживающие атомы вместе в решетчатом образовании, придающие ему веществу определенный объем и форму.

В жидкости эти силы так слабы, что вещество больше не имеет определенной формы, а в газе они уже настолько незначительны, что атомы или молекулы могут двигаться независимо друг от друга, но они все еще остаются атомами и молекулами.

Плазма — это состояние вещества, которое имеет достаточно энергии для отделения электронов от ядра атома.

Пример ионизации атома

Атомы содержат одинаковое количество как положительно, так и отрицательно заряженных частиц. Из-за того, что протоны в ядре окружены равным количеством отрицательно заряженных электронов, каждый атом электрически нейтрален.

Плазма образуется, когда под воздействием тепловой или другой энергии ряд атомов высвобождают свои электроны. В результате атомы становятся положительно заряженными (ионами), а высвобожденные электроны могут свободно перемещаться.

  Проще говоря, плазма — это горячий ионизированный газ, состоящий примерно из одинакового количества положительно заряженных ионов и отрицательно заряженных электронов.

Свойства плазмы

Характеристики плазмы значительно отличаются от характеристик обычных нейтральных газов, поэтому плазма считается особым «четвертым состоянием вещества».

В плазменной сфере нити плазмы (потоки электронов и положительные ионы) простираются от центрального электрода к внешнему стеклянному электроду. Источник изображения: .arcohio.com

Наиболее важный эффект ионизации заключается в том, что плазма приобретает некоторые электрические свойства, которых неионизированный газ не имеет:

1) появляется электропроводность. Для того чтобы вещество обладало электропроводностью, в нем должны быть свободные заряженные частицы. В металлах эти свободные частицы распределяются между атомами, а электрический ток проявляется в форме направленного движения электронов, переходящих от одного атома к другому. Вещество в состоянии плазмы само по себе состоит из свободных заряженных частиц;

2) плазма реагирует на электрические и магнитные поля. Например, поскольку плазма состоит из электрически заряженных частиц, на нее сильно влияют электрические и магнитные поля, а нейтральные газы — нет. Примером такого влияния является захват энергичных заряженных частиц вдоль линий геомагнитного поля с образованием радиационных поясов Ван Аллена.

Радиационные пояса Ван Аллена. Источник изображения: baomoi.com

Помимо внешних электромагнитных полей, таких как магнитное поле Земли или межпланетное магнитное поле, на плазму воздействуют электрические и магнитные поля, создаваемые в самой плазме посредством локальных концентраций заряда и электрических токов, появляющихся в результате движения ионов и электронов. Силы, оказываемые этими полями на заряженные частицы, из которых состоит плазма, действуют на большие расстояния и придают поведению частиц целостное коллективное качество, которое нейтральные газы не проявляют;

3) несмотря на существование локализованных концентраций заряда и электрических потенциалов, плазма электрически «квазинейтральна», потому что в совокупности содержит примерно равное количество положительно и отрицательно заряженных частиц, распределенных так, что их заряды аннулируются.

Где в природе можно увидеть плазму?

Самый большой сгусток плазмы, который мы постоянно наблюдаем — это Солнце. Огромное количество тепла, выделяемое звездой, отрывает электроны от атомов водорода и гелия, из которых состоит Солнце.

Фактически оно, как и другие звезды, представляет собой большой плазменный шар.

Увидеть потоки и вспышки солнечной плазмы в высоком разрешении можно в красивейшем видео NASA «Термоядерное искусство» в конце статьи.

Солнце и все другие звезды — это плазма. Источник изображения: hispantv.com

По оценкам, 99% вещества в наблюдаемой вселенной находится в плазменном состоянии, отсюда и выражение «плазменная вселенная».

(Фраза «наблюдаемая вселенная» является важной характеристикой: считается, что примерно 90% массы вселенной содержится в «темной материи», состав и состояние которой неизвестны.) Звезды, звездные и внегалактические струи, и межзвездная среда является примером астрофизической плазмы.

В нашей солнечной системе Солнце, межпланетная среда, магнитосферы и / или ионосферы Земли и других планет, а также ионосферы комет и некоторых планетных лун состоят из плазмы.

Пламя огня — это тоже плазма. Источник изображения: pixabay.com

Огонь — это самая настоящая плазма.

Даже небольшие и относительно холодные виды пламени, такие как пламя свечи, сильно реагируют на электрические поля и даже обладают значительной электропроводностью (большей, чем у воздуха, но меньшей, чем у железа).

Еще в природе плазменным состоянием вещества можно охарактеризовать молнии и искры разрядов статического электричества.

Плазму в природе можно также наблюдать в виде молнии. Источник изображения: pixabay.com

Где и как используется плазма?

Плазма широко используется в газоразрядных лампах для создания искусственного освещения, кроме того, во многих световых рекламных вывесках используется аргоновая или неоновая плазма.

Плазма широко используется в светотехнике. Источник изображения: wikimedia.org

Плазма также используется в сварке и резке металлов, а все газовые лазеры (на диоксиде углерода, гелий-неоновый, криптоновый, и другие) в действительности плазменные: в этих лазерах газовые смеси ионизованы электрическим разрядом.

Потенциально, одно из наиболее важных применений плазмы — это источник энергии ядерного синтеза.

Международный экспериментальный термоядерный реактор (ITER). Начало строительства январь 2007 года, планируемый срок запуска 2025 год. Источник изображения:

Высокотемпературные плазмы настолько горячие, что внутри них могут происходить ядерные реакции. В этих условиях определенные типы атомов с легкими ядрами, такие как изотопы водорода, могут быть объединены в более тяжелые ядра.

При этом выделяется большое количество энергии, которую можно было бы использовать для выработки электричества.

Проблема в том, что получить настолько горячую и долговечную плазму очень трудно, но прогресс, уже достигнутый учеными, впечатляет.

Если вам понравилась статья, то поставьте лайк и подпишитесь на канал Научпоп. Наука для всех Оставайтесь с нами, друзья! Впереди ждёт много интересного!

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5af18cff8c8be36795a8504e/5c4efce8475dfd00ad93a57a

Рабочая программа курса "Плазма — четвёртое состояние вещества"

• Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение
• «Порогская средняя общеобразовательная школа»
• Рассмотрено Согласовано Утверждено

на заседании ШМО зам. дир. по УВР директором школы

1. руков. ШМО_______2016 г « » 2016 г приказ № от « » 2016 г
2. Программа курса «Плазма – четвертое состояние вещества»
3. для 11 класса
4. Разработчик: Авсюкова Марина Николаевна
5. учитель физики
6. Педагогический стаж: 27 лет

1.Пояснительная записка.

Программа учебного курса «Плазма – четвёртое состояние вещества» (ОО «Естествознание») составлена на основании авторской программы В. А. Орлова, С. В. Дорожкина «Плазма – четвертое состояние вещества». Методическое пособие.- М: НФПК, 2004 г. Программа рассчитана для учащихся 11класса на 34 часа в год, из расчёта один час в неделю.

Цель программы курса: формирование физического образа окружающего мира, физической картины мира.

Задачи программы курса:

1. Развитие мышления учащихся, формирования у них умений самостоятельно приобретать и применять знания.

2. Знакомить с научно-техническим прогрессом, достижениями науки и техники.

3. Формировать представление о единой физической картине мира.

4. Развивать познавательные интересы к физике и технике, творческие способности.

Содержание программы курса.

Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях

Электромагнитное поле. Движение заряженной частицы в электрическом поле. Движение заряженной частицы в магнитном поле. Сила Лоренца. Движение заряженной частицы в электрическом и магнитном поле. Дрейф частиц.

1. Плазма. Основные характеристики плазмы

Электрический ток в газах. Виды электрических зарядов. Плазма. Степень ионизации плазмы. Коллективные свойства плазмы. Квазинейтральность плазмы. Дебаевский радиус экранирования. Температура плазмы.

Магнитная гидродинамика и неустойчивость плазмы. Вмороженность магнитного поля. Кинетическое описание плазмы. Диагностика плазмы.

Идеальная (газовая) плазма. Колебания в плазме. Ленгмюровская частота колебаний. Волны в плазме.

Техническое применение плазмы. Плазмотроны. МГД генератор. Плазменный дисплей. Термоядерные реакции. Термоядерный реактор. Управляемый термоядерный синтез. Магнитные ловушки. Токамак.

Учебно — тематический план

№	Название темы или раздела	Количество часов
1	Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях	6
2	Плазма. Основные характеристики плазмы	7
3	Методы описания плазмы	5
4	Процессы в плазме	5
5	Плазма в природе	5
6	Плазма в технике	5
7	Обобщающее занятие	1
Всего	34

• Требования к уровню подготовки выпускников
• В результате изучения курса обучающийся должен:
• знать/понимать
• • что такое плазма; свойства плазмы; основные характеристики плазмы; применение плазмы
• уметь
• • объяснять процессы, протекающие в плазме; решать элементарные задачи.
• Система оценки достижений обучающихся

При изучении курса, в ходе оценивания знаний учащихся будет использоваться зачётная система.

По окончании курса ставится «зачёт», если: активно работал на занятиях курса (включался в организуемые учителем беседы, высказывал свою точку зрения по любому, рассматриваемому вопросу курса); хорошо ориентируется в рассматриваемом материале; готовил и выступал с сообщениями на занятиях курса. В противном случае выставляется «Незачёт»

Учебно-методические пособия

1. В. П. Милантьев, С. В. Темко Физика плазмы.- М.: Просвещение, 1983 г.

2. Л. А. Арцимович Элементарная физика плазмы.- М.: Атомиздат, 1969 г.

3. В. А. Орлов, С. В. Дорожкин «Плазма – четвертое состояние вещества. Элективный курс».- М: Бином, 2008 г.

4. Журнал «Квант»

5. Журнал «Наука и техника»

6. Интернет ресурсы.

Календарно — тематическое планирование 11 класс (34 часа)

№ урока п/п и № урока в разделе	Тема урока	Кол-во часов	Элементы содержания	Требования к уровню подготовки	Вид контроля, измерители	Дата проведения
планируемая	фактическая
Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях 6 ч.
1/1	Электромагнитное поле	1	Электромагнитное поле, сила Лоренца, электрон, сила Ампера, закон Кулона.	Уметь решать задачи на движение частицы в магнитном и электрическом поле Знать основные формулы и определения	Ф О
2/2	Движение заряженной частицы в электрическом поле	1	С Р
3/3	Движение заряженной частицы в магнитном поле.	1	П Р
4/4	Сила Лоренца	1	ИО
5/5	Движение заряженной частицы в электрическом и магнитном поле	1	Ф Д
6/6	Дрейф частиц	1	Т Р
Плазма. Основные характеристики плазмы 6 ч. + 1 ч. р.в.
7/1	Электрический ток в газах. Виды электрических зарядов.	2	Виды электрических зарядов в газах, плазма, ионизация, квазинейтральность, экранирование, температура плазмы.	Знать виды электрических разрядов в газах, что такое плазма и при какой температуре она получается, свойства плазмы. Иметь представление о плазме.	Ф О
8/2	ИО
9/3	Плазма. Степень ионизации плазмы.	1	Т Р
10/4	Коллективные свойства плазмы.	1	С Р
11/5	Квазинейтральность плазмы.	1	Ф О
12/6	Дебаевский радиус экранирования.	1	П Р
13/7	Температура плазмы.	1	ИО
Методы описания плазмы 4 ч + 1ч. р.в.
14/1	Магнитная гидродинамика и неустойчивость плазмы.	1	Гидродинамика, неустойчивость, вмороженность, диагностика плазмы.	Знать основные методы описания плазмы, иметь представление о диагностировании плазменного состояния вещества	ФО
15/2	Вмороженность магнитного поля.	1	СР
16/3	Кинетическое описание плазмы.	1	ИО
17/4	Диагностика плазмы.	1	ФО
18/5	Повторение раздела	1	ИО
Процессы в плазме — 4 ч + 1ч. р.в.
19/1	Идеальная (газовая) плазма.	1	Идеальная плазма, колебания и волны в плазме, ленгмюровская частота колебаний.	Знать, какие процессы происходят в плазме, как они различаются и описываются	ФО
20/2	Колебания в плазме.	1	П Р
21/3	Ленгмюровская частота колебаний	1	С Р
22/4	Волны в плазме.	2	П Р
23/5
Плазма в природе -5ч
24/1	Геомагнитное поле. Пояса радиации.	1	Геомагнитное поле Земли, магнитосфера, солнечный ветер, космические лучи	Знать примеры плазмы в природе, в каких процессах она участвует У меть объяснять явления солнечного ветра и магнитной бури и причины их возникновения Знать строение и свойства ионосферы Земли	ФО
25/2	Магнитосфера Земли. Магнитные бури и причины их возникновения.	1	П Р
26/3	Строение и свойства ионосферы Земли.	1	С Р
27/4	Солнечный ветер. Полярные сияния.	1	ИО
28/5	Космическая плазма. Солнечные космические лучи.	1	ФО
Плазма в технике -5ч
29/1	Техническое применение плазмы.	1	Плаз матрон, МГД, термоядерный реактор, УТС, токамак	Знать техническое применение плазмы Знать устройство и принцип работы МГД генератора и токамака, термоядерные реакции и какие элементы в них участвуют, способы удержания неустойчивой плазмы.	ФО
30/2	Плазмотроны. МГД генератор. Плазменный дисплей.	1	ПР
31/3	Термоядерные реакции. Термоядерный реактор.	1	СР
32/4	Управляемый термоядерный синтез. Токамак.	1	ИО
33/5	Магнитные ловушки	1	ФО
Обобщение 1ч
34/1	Обобщающее занятие по всему курсу	ТР
план	факт

1. Сокращения, используемые в рабочей программе:
2. Виды контроля:
3. ФО — фронтальный опрос.
4. ПР — проверочная работа.
5. ИРД — индивидуальная работа у доски.
6. ФД — физический диктант.
7. ИРК — индивидуальная работа по карточкам.
8. ТР — тестовая работа.
9. СР — самостоятельная работа.

Источник: https://multiurok.ru/files/proghramma-avtorskogho-kursa-po-fizikie-plazma-chi.html