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美麗的等離子體球

本周在 Science Lab 科學課下課後,小朋友們被美麗的等離子體球吸引住了,玩不夠。並且,很多“為什麽”的問題又迸發出來。在這裏,Serena給好奇寶們對 plasma(等離子體) 作出最基本的介紹。

我們通常知道物質有三種基本狀態:固體、液體和氣體。等離子體被認為是物質狀態的第四種。

威廉克魯克斯爵士於1879年首次對等離子體進行科學描述。緊接著,英國物理學家JJ湯姆森爵士用陰極射線管進行的實驗導致他提出了壹個新的原子模型,其中原子由帶正電荷(質子)和帶負電荷的亞原子粒子組成。等離子體壹詞來自希臘語,意思是“果凍”或“可塑材料”。這個詞是由化學家歐文朗繆爾於1928年用以定義這種物質形式。

通常,人們通過加熱氣體,直到讓它的電子具有足夠的能量用來逃脫帶正電荷的原子核的吸引力,來制造等離子體。隨著分子的鍵的斷裂,原子獲得或失去電子,形成離子。由此可見,等離子體由自由電子和帶正電的離子(陽離子)組成,但它整個還是呈現電中性。

等離子體可以使用激光,微波發生器或任何強電磁來制造。

從某種意義上說,等離子體就像壹種氣體,呈現出容器的形狀和體積。然而,等離子體不像氣體那樣自由,因為它的顆粒是帶電的。因為相反的電荷相互吸引,經常使等離子體保持壹般的形狀或流動。等離子體對電磁場起反應並導電。與之相反的是,大多數氣體是電的絕緣體。並且,等離子體的壓強通常比氣體低得多。

等離子體球 ,也叫 等離子體燈 ,是尼古拉·特斯拉為了研究高壓現象,在真空玻璃管中對高頻電流進行實驗時發明的。特斯拉把他的發明稱為“惰性氣體放電管”。現代等離子體球的設計,是後來由麻省理工學院的學生比爾·帕克所開發。

等離子體球是由壹個密封的玻璃球殼,其中含有低壓惰性氣體組成。球的中心是高壓電極,並連接到電源。當球接通電源時,電流使球中的氣體電離,產生等離子體。我們可以在等離子球中觀察到等離子體的壹些性質。

當妳觸摸等離子體球的表面時,妳可以看到等離子體絲在電極和絕緣玻璃殼之間的運動軌跡。雖然妳看不到它,但高頻電流其實已延伸到球的表面之外。

妳還可以做個實驗:如果妳將熒光燈管(或燈泡,即節能燈)放在球附近,同樣的能量會激發熒光燈中的汞原子。被激發的汞原子會發射紫外線,紫外線被熒光燈內的熒光粉塗層吸收,並將紫外光轉換成可見光。所以,妳能看到熒光燈泡會亮起來。換言之,妳可以用等離子體球讓熒光燈管(泡)亮起來。有條件可以親自嘗試壹下喔。

等離子體球玩具是等離子體及其行為方式的典型示例。除此以外,等離子體還存在於霓虹燈、熒光燈內的激發低壓氣體、等離子體顯示器、焊接電弧和特斯拉線圈中。等離子體的自然例子包括閃電極光、地球的電離層、聖艾爾摩之火和電火花。盡管在地球上不常見,但等離子體是宇宙中最豐富的物質形式(不包括暗物質)。恒星(包括太陽內部)、太陽風和日冕由完全電離的等離子體組成。彗星的尾巴、核爆炸的火球、星際氣體雲也含有等離子體。

好奇寶們,如果妳們還有其它問題,妳們可以自己查資料或者給我留言哦。Serena的工作就是滿足腦洞大開的寶貝們的智力需要。