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什麽是等離子態

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解析:

等離子態

物質有三種狀態:固態、液態和氣態。其實物質還有第四種狀態,那就是等離子態。

等離子態又叫做物質的第四態,它是氣體,不過其原子失去電子形成自由電子和

正離子,因為兩者的量相等因此又叫做等離子態,它可導電而且受磁場影響,熱氣體中,因為原子高速碰撞而造成電離現象,形成等離子態,太陽內部的氣體就是其中壹個例子.低溫氣體,負電子和正離子會再結合,因此不會形成等離子態.在螢光燈內,存在低壓汞蒸汽及壹些惰性氣體,在高電壓下,電子急劇加速,碰撞而造成更多電子及正離子,形成等離子態,過程中汞原子被激發至激發態,由激發態躍至基態,發出電磁波,主要為紫外輻射,紫外輻射投射到管壁的熒光粉時,再轉為可見光.

為了克服氫核間的強勁排斥力而進行核熔合作用,兩氫核必須高速碰撞,而所需溫度高達千萬度攝氏,太陽內?依kao)篩膠洗頌跫?但如要發展受「控制的熱核熔合」作用,沒有容器可忍受此高溫而不熔解,利用磁場將等離子體困在磁場內,使它在高溫下進行核熔合,這方法仍未成功,仍有待進壹步研究.

我們知道,把冰加熱到壹定程度,它就會變成液態的水,如果繼續升高溫度,液態的水就會變成氣態,如果繼續升高溫度到幾千度以上,氣體的原子就會拋掉身上的電子,發生氣體的電離化現象,物理學家把電離化的氣體就叫做等離子態。

在茫茫無際的宇宙空間裏,等離子態是壹種普遍存在的狀態。宇宙中大部分發光的星球內部溫度和壓力都很高,這些星球內部的物質差不多都處於等離子態。只有那些昏暗的行星和分散的星際物質裏才可以找到固態、液態和氣態的物質。

就在我們周圍,也經常看到等離子態的物質。在日光燈和霓虹燈的燈管裏,在眩目的白熾電弧裏,都能找到它的蹤跡。另外,在地球周圍的電離層裏,在美麗的極光、大氣中的閃光放電和流星的尾巴裏,也能找到奇妙的等離子態。

除了等離子態外,科學家還發現了“超固態”和“中子態”。宇宙中存在壹顆白矮星,它的密度很大,大約是水的3600萬到幾億倍。壹立方厘米白矮星上的物質就有100~200公斤重,這是怎麽回事呢?

原來,普通物質內部的原子與原子之間有很大的空隙,但是在白矮星裏面,壓力和溫度都很大,在幾百萬個大氣壓的壓力下,不但原子之間的空隙被壓縮了,就是原子外圍的電子層也被壓縮了。所有的原子核和原子都緊緊地擠在壹起,物質裏面不再有什麽空隙,因此物質就特別重,這樣的物質就是超固態。科學家推測,不但白矮星內部充滿了超固態物質,在地球中心壹定也存在著超固態物質。

假如在超固態物質上再加上巨大的壓力,原子核只好被迫解散,從裏面放出質子和中子。放出的質子在極大的壓力下會跟電子結合成中子。這樣壹來,物質的結構就發生了根本性的改變,原來是原子核和電子,現在都變成了中子。這樣的狀態就叫做“中子態”。

中子態物質的密度大得更是嚇人,它比超固態物質還要大10多萬倍。壹個火柴盒那麽大的中子態物質,就有30億噸重,要用96000臺重型火車頭才能拉動它。

宏觀物質在壹定的壓力下隨溫度升高由固態變成液態,再變為氣態(有的直接變成氣態)。當溫度繼續升高,氣態分子熱運動加劇。當溫度足夠高時,分子中的原子由於獲得了足夠大的動能,便開始彼此分離。分子受熱時分裂成原子狀態的過程稱為離解。若進壹步提高溫度,原子的外層電子會擺脫原子核的束縛成為自由電子。失去電子的原子變成帶電的離子,這個過程稱電離。發生電離(無論是部分電離還是完全電離)的氣體稱之為等離子體(或等離子態)。等離子體是由帶正、負電荷的粒子組成的氣體。由於正負電荷總數相等,故等離子體的凈電荷等於零。

等離子態與固、液、氣三態相比無論在組成上還是在性質上均有本質區別。首先,氣體通常是不導電的,等離子體則是壹種導電流體。其次,組成粒子間的作用力不同。氣體分子間不存在凈的電磁力,而等離子中的帶電粒子間存在庫侖力,並由此導致帶電粒子群的種種特有的集體運動。另外,作為壹個帶電粒子系,等離子體的運動行為明顯的受到電磁場的影響和約束。

根據離子溫度與電子溫度是否達到熱平衡,可把等離子體分為平衡等離子體和非平衡等離子體。在平衡等離子體中,各種粒子的溫度幾乎相等。在非平衡等離子體中電子溫度與離子溫度相差很大。

通常把電離度小於0.1%的氣體稱弱電離氣體,也稱低溫等離子體。電離度大於0.1%的稱為強電離等離子體,也稱高溫等離子體。

等離子體在工業上的應用具有十分廣闊的前景。高溫等離子體的重要應用是受控核聚變。低溫等離子體用於切割、焊接和噴塗以及制造各種新型的電光源與顯示器等。

等離子體在自然界中是普遍存在的。例如,太陽、恒星、銀河系、河外星系中的大部分星際物質都處於等離子體狀態。地球上南北極有時發生的五顏六色的極光、夏日雷雨時出現的閃電和絢麗多彩的霓虹燈、日光燈等都與等離子體現象密切有關。