等离子状态是指物质原子内的电子在高温下脱离原子核的吸引,使物质呈为正负带电粒子状态存在。
等离子体是物质继固态、液态和气态之后存在的第四种聚集态。物质的聚集态依赖于粒子的平均动能,即:当粒子处于不同的温度范围或者不同的能量范围内时,物质便呈现出不同的聚集态,当物质从能量较低的聚集态转化为能量较高的聚集态时,便需要从外界吸收能量,例如从固态转化为液态或者从液态转化为气态时,每个粒子要吸收大约0.01电子伏,即1.6022×10-21焦耳的能量。此时,当气态进一步吸收能量,则分子的热运动进一步加剧,如果吸收的能量足够高,分子就会分解为原子,原子中的电子获得足够的能量就会脱离原子核的束缚从而成为高动能、高位能的自由电子。上述过程也被称为气体的电离。被电离的气体含有大量的电子、带正电的离子以及中性粒子(原子、分子等),从而可能形成等离子体,一般而言,从普通气体转化为等离子体,每个粒子大约需要吸收1~30电子伏,即1.6022×10-19~4.8066×10-18焦耳的能量。因此,等离子体中的粒子具有较高的动能和位能,这也是等离子体的特点之一。
在日常生活中,我们会遇到各种各样的物质。根据它们的状态,可以分为三大类,即固体、液体和气体。例如钢铁是固体,水是液体,而氧气是气体。任何一种物质,在一定条件下都能在这三种状态之间转变。以水为例,在一个标准大气压下,当温度降到0℃以下时,水开始变成冰。而当温度升到100℃时,水就会沸腾而变成水蒸气。
如果温度不断升高,气体又会怎样变化呢?这时构成分子的原子发生分裂,形成为独立的原子,如氮分子会分裂成两个氮原子,我们称这种过程为气体分子的离解。如果再进一步升高温度,原子中的电子就会从原子中剥离出来,成为带正电荷的原子核和带负电荷的电子,这个过程称为原子的电离。当这种电离过程频繁发生,使电子和离子的浓度达到一定的数值时,物质的状态也就起了根本的变化,它的性质也变得与气体完全不同。为区别于固体、液体和气体这三种状态,我们称物质的这种状态为物质的第四态,又起名叫等离子态。
等离子体的一般特性有:
- 准电中性 由于高度电离,破坏电中性的任何扰动都会导致该区域强电场的出现,从而使得电中性得以恢复。也就是说,等离子体内电荷分布偏离的空间与时间尺度都很小。
- 强导电性 由于存在很多自由电子和各种荷电离子,等离子体的电导率很高。
- 与磁场发生相互作用 它是指大量带电粒子在自己产生的电场中运动的行为,也就是等离子体内的各种波动过程。
学生:黄建春
2024年09月30日
2024年09月30日