प्राचीन यूनानियों ने हमें कला के शानदार कार्यों के अलावा, दुनिया की संरचना का एक विचार दिया, जो अपनी भोली सादगी में सुंदर था। उनका मानना ​​था कि सभी चीज़ें चार "सिद्धांतों" या "तत्वों" पर आधारित हैं: पृथ्वी, जल, वायु और अग्नि। लोमोनोसोव के समय में ही यह ज्ञात हो गया था कि उनमें से पहले तीन पदार्थ की अलग-अलग अवस्थाएँ हैं, जिन्हें क्रमशः ठोस, तरल और गैस कहा जाता है। आग के बारे में क्या? कब कावैज्ञानिकों ने इसे पदार्थ के अस्तित्व के एक स्वतंत्र रूप के रूप में अलग नहीं किया। और हाल के दशकों में ही प्लाज्मा नामक पदार्थ की उग्र अवस्था के रहस्यों को भेदना संभव हो सका है।

तीन स्थितियों से - चौथी तक

यह समझने के लिए कि चौथी अवस्था अन्य सभी अवस्थाओं से कैसे भिन्न है, आइए किसी भी पदार्थ के "निर्माण खंडों" को देखें -। प्रत्येक पदार्थ के परमाणु में एक धनात्मक आवेशित नाभिक और विभिन्न कक्षाओं में घूमने वाले ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉनों का एक आवरण होता है। इस शेल को नष्ट करना आसान नहीं है: विद्युत संपर्क की ताकतें इलेक्ट्रॉनों को उनकी कक्षाओं में रखती हैं।

...वसंत की धूप वाले दिन आप फुटपाथ पर बर्फ के टुकड़े को पिघलते हुए देख सकते हैं। बर्फ काली हो गई, ढीली हो गई और उसके नीचे पानी दिखाई देने लगा। फिर कोहरे की पतली धाराएँ पानी के ऊपर धुआँ देने लगीं, और थोड़े समय के बाद पानी भी गायब हो गया: यह... इन दोनों परिवर्तनों में, पानी में प्रवेश करने वाले परमाणुओं का इलेक्ट्रॉन आवरण बहुत कम हिस्सा लेता है। सूर्य की किरणें, बर्फ को गर्म करके, पहले उसके अणुओं को तापीय ऊर्जा प्रदान करती हैं, जो बर्फ को नष्ट करने के लिए पर्याप्त है। तब थर्मल ऊर्जा, पानी के अणुओं में स्थानांतरित होकर, उनके बीच के बंधन को तोड़ देता है - परिणामस्वरूप, भाप प्रकट होती है। आइए इसे एक बर्तन में रखें और गर्म करना शुरू करें।

हमें धैर्य रखना होगा. डिवाइस पांच सौ, एक हजार, दो हजार डिग्री दिखाता है। हमें अभी भी कुछ नजर नहीं आया. लेकिन कई हजार डिग्री के तापमान पर बर्तन में एक फीकी चमक दिखाई देती है, जो तापमान बढ़ने पर और भी तेज हो जाती है।

भौतिक विज्ञानी कहेंगे कि अब जलवाष्प प्लाज्मा अवस्था में चला गया है। लेकिन हमने इस पर ध्यान ही नहीं दिया. लेकिन जो चीज़ मानव आँख के लिए अदृश्य है वह संवेदनशील भौतिक उपकरणों के लिए कोई रहस्य नहीं है। वे हमें बताएंगे कि वे क्या "देखने" में कामयाब रहे।

प्लाज्मा का जन्म होता है

गैस व्यय के साथ जहाज को आपूर्ति की जाने वाली तापीय ऊर्जा क्या है? आणविक गति की गति को बढ़ाना। वे जहाज में तेजी से दौड़ते हैं, एक-दूसरे से अधिक बार और अधिक ऊर्जावान रूप से टकराते हैं। उसी समय, उनके परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन गोले अधिक मजबूती से "हिलते" हैं जब तक कि बाहरी इलेक्ट्रॉन, जो कि नाभिक से सबसे कमजोर रूप से जुड़े होते हैं, उनसे अलग होने लगते हैं। परमाणु धनात्मक आवेश प्राप्त कर लेते हैं और आयन बन जाते हैं।

डिवाइस हमें सूचित करता है: आयनीकरण शुरू हो गया है - गैस में मुक्त इलेक्ट्रॉन और आयनित परमाणु दिखाई दिए हैं। तापमान बढ़ जाता है, और परमाणुओं के गोले "सीमों में फट रहे हैं।" आंतरिक इलेक्ट्रॉन परमाणु से बाहर निकलने की कोशिश करते हैं। लेकिन अगर कोई नई टक्कर उन्हें "बाहर निकलने" में मदद नहीं करती है, तो कोर उन्हें वापस खींच लेगा। वापस लौटते समय, इलेक्ट्रॉन विद्युत चुम्बकीय विकिरण के रूप में अपनी ऊर्जा छोड़ देते हैं, जिसे उपकरण द्वारा रिकॉर्ड किया जाता है। हाँ, हम स्वयं देख सकते हैं: गैस चमकने लगी।

तापमान में और वृद्धि के साथ, बर्तन में चमक धीरे-धीरे चकाचौंध हो जाती है, जो आंखों के लिए असहनीय हो जाती है। प्लाज्मा पहुंचता है, इसलिए बोलने के लिए, उत्तम स्थिति: बर्तन में केवल मुक्त इलेक्ट्रॉन और पूरी तरह से नंगे परमाणु नाभिक बचे थे। एक काल्पनिक थर्मामीटर, यदि किसी बर्तन में रखा जाए, तो कई मिलियन डिग्री का तापमान दिखाएगा।

यह इतना आसान नहीं है

हमने आरक्षण नहीं कराया. न केवल थर्मामीटर काल्पनिक है, बल्कि अनुभव भी काल्पनिक है। ऐसे तापमान पर गैस गर्म करना उतना आसान नहीं है, उदाहरण के लिए, केतली में पानी उबालना।

पहली खामी जिसके माध्यम से गैस को आपूर्ति की गई ऊर्जा बच जाती है वह बर्तन की दीवारें हैं, जो गर्म हो जाती हैं। भले ही आप उन्हें बाहर कर दें थर्मल इन्सुलेशन सामग्री, तो इस स्थिति में तापमान तभी तक बढ़ाया जा सकता है जब तक गैस चमकने न लगे। ऊर्जा अब विद्युत चुम्बकीय विकिरण के रूप में गैस से बाहर निकलती है। दर्पण वाली दीवारें भी मदद नहीं करतीं।

यह स्पष्ट है कि गैस को ऊर्जा की आपूर्ति तापीय तरीकों से नहीं की जानी चाहिए। किस प्रकार? सबसे अच्छे तरीके सेप्लाज्मा का उत्पादन एक विद्युत निर्वहन है। इसके क्या फायदे हैं? सबसे पहले, सभी प्रक्रियाएं रासायनिक दहन प्रतिक्रिया की तुलना में बहुत तेजी से आगे बढ़ती हैं। इसके अलावा, डिस्चार्ज की अवधि को एक सेकंड के दस लाखवें हिस्से तक सीमित किया जा सकता है, और बिजली को लाखों किलोवाट तक बढ़ाया जा सकता है। यह महत्वपूर्ण है: डिस्चार्ज गैस से निकलने की तुलना में गैस को तेजी से ऊर्जा की आपूर्ति करने की अनुमति देता है।

प्रकृति और रोजमर्रा की जिंदगी में हमें गैसों में विद्युत निर्वहन के कई उदाहरण मिलते हैं। यह बिजली और एक वोल्टाइक चाप है, उच्च वोल्टेज तारों की चमक और एक विद्युत सर्किट में चिंगारी है। लेकिन विद्युत धारा आम तौर पर गैसों के माध्यम से क्यों प्रवाहित होती है, जिन्हें इन्सुलेटर के रूप में जाना जाता है? इस सवाल के साथ-साथ और भी कई सवाल उठते हैं जो उतने ही दिलचस्प हैं।

कमरे में आयन. ठंडा प्लाज्मा

यह पता चला है कि गैस एक इन्सुलेटर है, इसलिए बोलने के लिए, केवल सैद्धांतिक रूप से। व्यवहार में, हालांकि कमजोर रूप से, यह हमेशा विद्युत प्रवाह का संचालन करता है। कुछ लोगों को शायद यह एहसास भी नहीं है कि जिस हवा में हम सांस लेते हैं उसमें आयन होते हैं। ऐसा प्रतीत होता है कि वही आयन केवल बहुत उच्च तापमान पर ही बन सकते हैं। उनकी उपस्थिति ब्रह्मांडीय किरणों की क्रिया के साथ-साथ पृथ्वी की पपड़ी में स्थित रेडियोधर्मी पदार्थों के कारण होती है। सच है, इनमें से बहुत कम आयन हैं, लेकिन वे "पथ" हैं जिसके साथ धारा गैस में प्रवेश करती है।

हालाँकि, किसी दूसरे के घर आया मेहमान अलग व्यवहार कर सकता है। यदि इलेक्ट्रोड पर वोल्टेज कम है, तो डिस्चार्ज का पता केवल संवेदनशील उपकरणों की मदद से लगाया जा सकता है - एक कमजोर धारा प्रवाहित होती है, और अधिकांश भाग के लिए गैस परमाणु तटस्थ रहते हैं। चलिए तनाव बढ़ाते हैं. करंट बढ़ेगा. अधिक से अधिक गैस परमाणु आयनीकरण प्रक्रिया में शामिल होते हैं, जब तक कि अंत में हिमस्खलन निर्वहन नहीं होता है, और इसके साथ पदार्थ की प्लाज्मा स्थिति होती है।

हम पहले से ही जानते हैं कि प्लाज्मा प्राप्त करने के लिए हमें गैस को गर्म करना होगा उच्च तापमान. लेकिन फ्लोरोसेंट लैंप को स्पर्श करें. जलने से डरो मत: इसकी दीवारें पूरी तरह से ठंडी हैं। इस बीच, इसमें पारा वाष्प चमकता है, और यह प्लाज्मा का संकेत है। ऐसा कैसे? तथ्य यह है कि एक ही प्लाज्मा में कई अलग-अलग तापमान एक साथ मौजूद हो सकते हैं।

इसे समझने के लिए आइए तापमान की परिभाषा को याद करें- रोजमर्रा की नहीं, बल्कि वैज्ञानिक। तापमान पदार्थ के कणों की अराजक गति की औसत ऊर्जा का माप है। यह ऊर्जा जितनी अधिक होगी, तापमान उतना ही अधिक होगा। आयनीकृत गैस में कम से कम तीन प्रकार के कण होते हैं: इलेक्ट्रॉन, आयन और तटस्थ परमाणु। और यदि गैसों का मिश्रण है तो संख्या विभिन्न किस्मेंऔर भी अधिक कण. जब किसी गैस को गर्म किया जाता है, तो उसके कणों के बीच टकराव से अंततः उसमें मौजूद सभी प्रकार के कणों की गति की ऊर्जा बराबर हो जाती है, यानी तापमान बराबर हो जाता है। प्लाज्मा में कुछ औसत तापमान स्थापित किया जाता है। ऐसे प्लाज्मा को इज़ोटेर्मल कहा जाता है।

एक अन्य चीज़ विद्युत निर्वहन द्वारा गैस का आयनीकरण है। यहां ऊर्जाओं का कोई संरेखण नहीं है। जब किसी गैस से करंट प्रवाहित होता है, तो तटस्थ परमाणुओं से टकराने वाले इलेक्ट्रॉन अपनी गति की ऊर्जा को लगभग नहीं बदलते हैं, क्योंकि वे परमाणुओं की तुलना में बहुत हल्के होते हैं। लेकिन इलेक्ट्रॉन परमाणुओं को आयनित और उत्तेजित कर सकते हैं, और फिर एक चमक उत्पन्न होती है। दूसरे शब्दों में, इलेक्ट्रॉनों की औसत ऊर्जा आयनों की औसत ऊर्जा से अधिक होती है, और इसलिए इलेक्ट्रॉनों का तापमान आयनों की तुलना में अधिक होता है।

यह एक गैर-आइसोथर्मल प्लाज्मा है। यह फ्लोरोसेंट लैंप में मौजूद होता है, जिसमें इलेक्ट्रॉन तापमान हजारों डिग्री तक पहुंच सकता है - गैस चमकती है। आयन तापमान कमरे के तापमान से अधिक नहीं होता - दीपक की दीवारें ठंडी होती हैं। इन तापमानों को केवल बहुत उच्च दबाव पर ही बराबर किया जा सकता है।

करने के लिए जारी।

प्लाज़्मा एक प्लाज़्मा लैंप, जो फिलामेंटेशन सहित कुछ अधिक जटिल प्लाज़्मा घटनाओं को दर्शाता है। प्लाज्मा चमक आयनों के साथ पुनर्संयोजन के बाद इलेक्ट्रॉनों के उच्च-ऊर्जा अवस्था से निम्न-ऊर्जा अवस्था में संक्रमण के कारण होती है। इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप उत्तेजित गैस के अनुरूप स्पेक्ट्रम के साथ विकिरण होता है।

"आयनित" शब्द का अर्थ है कि परमाणुओं या अणुओं के एक महत्वपूर्ण हिस्से के इलेक्ट्रॉन कोश से कम से कम एक इलेक्ट्रॉन अलग हो गया है। शब्द "क्वासिन्यूट्रल" का अर्थ है कि, मुक्त आवेशों (इलेक्ट्रॉनों और आयनों) की उपस्थिति के बावजूद, प्लाज्मा का कुल विद्युत आवेश लगभग शून्य है। मुक्त विद्युत आवेशों की उपस्थिति प्लाज्मा को एक संवाहक माध्यम बनाती है, जो चुंबकीय और विद्युत क्षेत्रों के साथ इसकी काफी अधिक (पदार्थ की अन्य समुच्चय अवस्थाओं की तुलना में) अंतःक्रिया का कारण बनती है। पदार्थ की चौथी अवस्था की खोज 1879 में डब्ल्यू क्रुक्स ने की थी और 1928 में आई लैंगमुइर ने इसे "प्लाज्मा" नाम दिया था, संभवतः रक्त प्लाज्मा के साथ इसके संबंध के कारण। लैंगमुइर ने लिखा:

इलेक्ट्रोड के पास को छोड़कर, जहां कम संख्या में इलेक्ट्रॉन पाए जाते हैं, आयनित गैस में लगभग समान मात्रा में आयन और इलेक्ट्रॉन होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप सिस्टम पर बहुत कम शुद्ध चार्ज होता है। हम आयनों और इलेक्ट्रॉनों के आम तौर पर विद्युत रूप से तटस्थ क्षेत्र का वर्णन करने के लिए प्लाज्मा शब्द का उपयोग करते हैं।

प्लाज्मा के रूप

आज की अवधारणाओं के अनुसार, ब्रह्मांड में अधिकांश पदार्थ (द्रव्यमान के अनुसार लगभग 99.9%) की चरण अवस्था प्लाज्मा है। सभी तारे प्लाज़्मा से बने हैं, और यहां तक ​​कि उनके बीच का स्थान भी प्लाज़्मा से भरा हुआ है, हालांकि यह बहुत दुर्लभ है (इंटरस्टेलर स्पेस देखें)। उदाहरण के लिए, बृहस्पति ग्रह ने सौर मंडल के लगभग सभी पदार्थों को अपने अंदर केंद्रित कर लिया है, जो "गैर-प्लाज्मा" अवस्था (तरल, ठोस और गैसीय) में है। इसी समय, बृहस्पति का द्रव्यमान सौर मंडल के द्रव्यमान का केवल 0.1% है, और इसकी मात्रा और भी कम है: केवल 10-15%। इस मामले में, धूल के सबसे छोटे कण जो बाहरी स्थान को भरते हैं और एक निश्चित विद्युत आवेश ले जाते हैं, उन्हें सामूहिक रूप से अतिभारी आवेशित आयनों से युक्त प्लाज्मा माना जा सकता है (धूल भरा प्लाज्मा देखें)।

प्लाज्मा के गुण और पैरामीटर

प्लाज्मा निर्धारण

प्लाज्मा आंशिक या पूर्ण रूप से आयनित गैस है जिसमें धनात्मक और ऋणात्मक आवेशों का घनत्व लगभग बराबर होता है। आवेशित कणों की प्रत्येक प्रणाली को प्लाज्मा नहीं कहा जा सकता। प्लाज्मा में निम्नलिखित गुण होते हैं:

• पर्याप्त घनत्व: आवेशित कण एक-दूसरे के इतने करीब होने चाहिए कि उनमें से प्रत्येक परस्पर क्रिया कर सके पूरा सिस्टमपास के आवेशित कण। स्थिति को संतुष्ट माना जाता है यदि प्रभाव क्षेत्र (डेबी त्रिज्या वाला क्षेत्र) में आवेशित कणों की संख्या सामूहिक प्रभावों की घटना के लिए पर्याप्त है (ऐसी अभिव्यक्तियाँ प्लाज्मा की एक विशिष्ट संपत्ति हैं)। गणितीय रूप से, इस स्थिति को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

, आवेशित कणों की सांद्रता कहाँ है।

• प्राथमिकता आंतरिक अंतःक्रियाएँ : डेबी स्क्रीनिंग का दायरा प्लाज्मा के विशिष्ट आकार की तुलना में छोटा होना चाहिए। इस मानदंड का मतलब है कि प्लाज्मा के अंदर होने वाली बातचीत इसकी सतह पर होने वाले प्रभावों की तुलना में अधिक महत्वपूर्ण है, जिसे नजरअंदाज किया जा सकता है। यदि यह शर्त पूरी हो जाती है, तो प्लाज्मा को अर्ध-तटस्थ माना जा सकता है। गणितीय रूप से यह इस प्रकार दिखता है:

वर्गीकरण

प्लाज्मा को आमतौर पर विभाजित किया जाता है उत्तमऔर अपूणर्, हल्का तापमानऔर उच्च तापमान, संतुलनऔर नोनेक़ुइलिब्रिउम, और अक्सर ठंडा प्लाज्मा संतुलन नहीं होता है, और गर्म प्लाज्मा संतुलन होता है।

तापमान

लोकप्रिय विज्ञान साहित्य पढ़ते समय, पाठक अक्सर दसियों, सैकड़ों हजारों या लाखों °C या K के क्रम के प्लाज्मा तापमान मान देखते हैं। भौतिकी में प्लाज्मा का वर्णन करने के लिए, तापमान को °C में मापना सुविधाजनक नहीं है। , लेकिन कण गति की विशिष्ट ऊर्जा की माप की इकाइयों में, उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉन वोल्ट (ईवी) में। तापमान को eV में बदलने के लिए, आप निम्नलिखित संबंध का उपयोग कर सकते हैं: 1 eV = 11600 K (केल्विन)। इस प्रकार, यह स्पष्ट हो जाता है कि "दसियों हज़ार डिग्री सेल्सियस" का तापमान काफी आसानी से प्राप्त किया जा सकता है।

एक गैर-संतुलन प्लाज्मा में, इलेक्ट्रॉन तापमान आयन तापमान से काफी अधिक होता है। ऐसा आयन और इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान में अंतर के कारण होता है, जिससे ऊर्जा विनिमय की प्रक्रिया कठिन हो जाती है। यह स्थिति गैस डिस्चार्ज में होती है, जब आयनों का तापमान लगभग सैकड़ों होता है, और इलेक्ट्रॉनों का तापमान लगभग दसियों हज़ार K होता है।

एक संतुलन प्लाज्मा में, दोनों तापमान बराबर होते हैं। चूंकि आयनीकरण प्रक्रिया के लिए आयनीकरण क्षमता के बराबर तापमान की आवश्यकता होती है, संतुलन प्लाज्मा आमतौर पर गर्म होता है (कई हजार K से अधिक तापमान के साथ)।

अवधारणा उच्च तापमान प्लाज्माआमतौर पर थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन प्लाज्मा के लिए उपयोग किया जाता है, जिसके लिए लाखों K के तापमान की आवश्यकता होती है।

आयनीकरण की डिग्री

किसी गैस को प्लाज्मा बनने के लिए उसका आयनित होना आवश्यक है। आयनीकरण की डिग्री उन परमाणुओं की संख्या के समानुपाती होती है जिन्होंने इलेक्ट्रॉनों को दान या अवशोषित किया है, और सबसे अधिक तापमान पर निर्भर करता है। यहां तक ​​कि एक कमजोर आयनित गैस, जिसमें 1% से कम कण आयनित अवस्था में होते हैं, प्लाज्मा के कुछ विशिष्ट गुण (बाहरी विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र और उच्च विद्युत चालकता के साथ बातचीत) प्रदर्शित कर सकते हैं। आयनीकरण की डिग्री α के रूप में परिभाषित α = एनमैं/( एनमैं+ एनए), कहाँ एन i आयनों की सांद्रता है, और एन a तटस्थ परमाणुओं की सांद्रता है। अनावेशित प्लाज्मा में मुक्त इलेक्ट्रॉनों की सांद्रता एनई स्पष्ट संबंध द्वारा निर्धारित होता है: एनई =<जेड> एनमैं, कहाँ<जेड> प्लाज्मा आयनों का औसत आवेश है।

कम तापमान वाले प्लाज्मा को कम आयनीकरण (1% तक) की विशेषता होती है। चूँकि ऐसे प्लाज़्मा का उपयोग अक्सर तकनीकी प्रक्रियाओं में किया जाता है, इसलिए उन्हें कभी-कभी तकनीकी प्लाज़्मा भी कहा जाता है। अक्सर, वे विद्युत क्षेत्रों का उपयोग करके बनाए जाते हैं जो इलेक्ट्रॉनों को गति देते हैं, जो बदले में परमाणुओं को आयनित करते हैं। विद्युत क्षेत्रों को आगमनात्मक या कैपेसिटिव युग्मन के माध्यम से गैस में पेश किया जाता है (प्रेरणात्मक रूप से युग्मित प्लाज्मा देखें)। कम तापमान वाले प्लाज्मा के विशिष्ट अनुप्रयोगों में सतह के गुणों का प्लाज्मा संशोधन (हीरा फिल्में, धातु नाइट्रिडेशन, वेटेबिलिटी संशोधन), सतहों की प्लाज्मा नक़्क़ाशी (अर्धचालक उद्योग), गैसों और तरल पदार्थों का शुद्धिकरण (पानी का ओजोनेशन और डीजल इंजनों में कालिख कणों का दहन) शामिल हैं। .

गर्म प्लाज्मा लगभग हमेशा पूरी तरह से आयनित होता है (आयनीकरण डिग्री ~100%)। आमतौर पर इसे ही "पदार्थ की चौथी अवस्था" के रूप में समझा जाता है। इसका एक उदाहरण सूर्य है।

घनत्व

तापमान के अलावा, जो प्लाज्मा के अस्तित्व के लिए मौलिक है, प्लाज्मा का दूसरा सबसे महत्वपूर्ण गुण इसका घनत्व है। मोरचा प्लाज्मा घनत्वआमतौर पर इसका मतलब है इलेक्ट्रॉन घनत्व, अर्थात्, प्रति इकाई आयतन में मुक्त इलेक्ट्रॉनों की संख्या (सख्ती से कहें तो, यहाँ घनत्व को सांद्रता कहा जाता है - एक इकाई आयतन का द्रव्यमान नहीं, बल्कि प्रति इकाई आयतन में कणों की संख्या)। क्वासाइनुट्रल प्लाज़्मा में आयन घनत्वआयनों की औसत आवेश संख्या के माध्यम से इससे जुड़ा:। अगली महत्वपूर्ण मात्रा तटस्थ परमाणुओं का घनत्व है। गर्म प्लाज्मा में यह छोटा होता है, लेकिन फिर भी प्लाज्मा में प्रक्रियाओं की भौतिकी के लिए महत्वपूर्ण हो सकता है। घने, गैर-आदर्श प्लाज्मा में प्रक्रियाओं पर विचार करते समय, विशेषता घनत्व पैरामीटर बन जाता है, जिसे बोहर त्रिज्या के औसत इंटरपार्टिकल दूरी के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है।

अर्ध-तटस्थता

चूँकि प्लाज्मा एक बहुत अच्छा चालक है, विद्युत गुणमहत्वपूर्ण हैं. प्लाज्मा क्षमताया अंतरिक्ष की क्षमताअंतरिक्ष में किसी दिए गए बिंदु पर विद्युत क्षमता का औसत मूल्य कहा जाता है। यदि किसी पिंड को प्लाज्मा में डाला जाता है, तो उसकी क्षमता आम तौर पर डेबी परत की उपस्थिति के कारण प्लाज्मा क्षमता से कम होगी। इस क्षमता को कहा जाता है तैरने की क्षमता. अपनी अच्छी विद्युत चालकता के कारण, प्लाज्मा सभी विद्युत क्षेत्रों को ढाल देता है। इससे अर्धतटस्थता की घटना होती है - ऋणात्मक आवेशों का घनत्व धनात्मक आवेशों के घनत्व (अच्छी सटीकता के साथ) के बराबर होता है। प्लाज्मा की अच्छी विद्युत चालकता के कारण, डेबी लंबाई से अधिक दूरी पर और कभी-कभी प्लाज्मा दोलन की अवधि से अधिक दूरी पर सकारात्मक और नकारात्मक आवेशों को अलग करना असंभव है।

गैर-अर्ध-तटस्थ प्लाज्मा का एक उदाहरण एक इलेक्ट्रॉन किरण है। हालाँकि, गैर-तटस्थ प्लाज़्मा का घनत्व बहुत छोटा होना चाहिए, अन्यथा कूलम्ब प्रतिकर्षण के कारण वे जल्दी से क्षय हो जाएंगे।

गैसीय अवस्था से अंतर

प्लाज़्मा को अक्सर कहा जाता है पदार्थ की चौथी अवस्था. यह पदार्थ की तीन कम ऊर्जावान समुच्चय अवस्थाओं से भिन्न है, हालाँकि यह गैस चरण के समान है क्योंकि इसका कोई विशिष्ट आकार या आयतन नहीं है। इस बात पर अभी भी बहस चल रही है कि क्या प्लाज्मा एकत्रीकरण की एक अलग अवस्था है, या सिर्फ एक गर्म गैस है। अधिकांश भौतिकविदों का मानना ​​है कि निम्नलिखित अंतरों के कारण प्लाज्मा गैस से कहीं अधिक है:

संपत्ति	गैस	प्लाज्मा
इलेक्ट्रिकल कंडक्टीविटी	बेहद छोटा उदाहरण के लिए, हवा एक उत्कृष्ट इन्सुलेटर है जब तक कि यह 30 किलोवोल्ट प्रति सेंटीमीटर के बाहरी विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में प्लाज्मा अवस्था में परिवर्तित न हो जाए।	बहुत ऊँचा इस तथ्य के बावजूद कि जब कोई धारा बहती है, तो क्षमता में एक छोटी लेकिन फिर भी सीमित गिरावट होती है, कई मामलों में प्लाज्मा में विद्युत क्षेत्र को शून्य के बराबर माना जा सकता है। उपस्थिति से जुड़े घनत्व ग्रेडियेंट विद्युत क्षेत्र, बोल्ट्ज़मैन वितरण के माध्यम से व्यक्त किया जा सकता है। धाराओं का संचालन करने की क्षमता प्लाज्मा को चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव के प्रति अत्यधिक संवेदनशील बनाती है, जिससे फिलामेंटेशन, परतों और जेट की उपस्थिति जैसी घटनाएं होती हैं। सामूहिक प्रभावों की उपस्थिति विशिष्ट है, क्योंकि विद्युत और चुंबकीय बल लंबी दूरी के होते हैं और गुरुत्वाकर्षण की तुलना में बहुत अधिक मजबूत होते हैं।
कण प्रकारों की संख्या	एक गैसों में एक दूसरे के समान कण होते हैं, जो थर्मल गति में होते हैं, और गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में भी चलते हैं, और अपेक्षाकृत कम दूरी पर ही एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं।	दो, या तीन, या अधिक इलेक्ट्रॉनों, आयनों और तटस्थ कणों को उनके इलेक्ट्रॉन चिह्न द्वारा पहचाना जाता है। चार्ज करते हैं और एक-दूसरे से स्वतंत्र रूप से व्यवहार कर सकते हैं - अलग-अलग गति और यहां तक ​​कि तापमान भी होते हैं, जो तरंगों और अस्थिरता जैसी नई घटनाओं की उपस्थिति का कारण बनता है।
गति वितरण	मैक्सवेल के कणों के एक दूसरे से टकराने से मैक्सवेलियन वेग वितरण होता है, जिसके अनुसार गैस अणुओं के एक बहुत छोटे हिस्से में गति की गति अपेक्षाकृत अधिक होती है।	गैर-मैक्सवेलियन हो सकता है टकराव की तुलना में विद्युत क्षेत्रों का कणों के वेग पर अलग प्रभाव पड़ता है, जिससे हमेशा वेग वितरण का मैक्सवेलाइज़ेशन होता है। कूलम्ब टकराव क्रॉस सेक्शन की वेग निर्भरता इस अंतर को बढ़ा सकती है, जिससे दो-तापमान वितरण और भगोड़ा इलेक्ट्रॉन जैसे प्रभाव हो सकते हैं।
इंटरैक्शन का प्रकार	द्विआधारी एक नियम के रूप में, दो-कण टकराव, तीन-कण टकराव अत्यंत दुर्लभ हैं।	सामूहिक प्रत्येक कण एक साथ कई कणों से संपर्क करता है। इन सामूहिक अंतःक्रियाओं का दो-कण अंतःक्रियाओं की तुलना में कहीं अधिक प्रभाव पड़ता है।

जटिल प्लाज्मा घटनाएँ

यद्यपि प्लाज्मा की अवस्थाओं का वर्णन करने वाले नियामक समीकरण अपेक्षाकृत सरल हैं, कुछ स्थितियों में वे वास्तविक प्लाज्मा के व्यवहार को पर्याप्त रूप से प्रतिबिंबित नहीं कर सकते हैं: ऐसे प्रभावों की घटना जटिल प्रणालियों की एक विशिष्ट संपत्ति है यदि उनका वर्णन करने के लिए सरल मॉडल का उपयोग किया जाता है। प्लाज्मा की वास्तविक स्थिति और उसके गणितीय विवरण के बीच सबसे मजबूत अंतर तथाकथित सीमा क्षेत्रों में देखा जाता है, जहां प्लाज्मा एक भौतिक अवस्था से दूसरी भौतिक अवस्था में गुजरता है (उदाहरण के लिए, निम्न स्तर के आयनीकरण से लेकर उच्च स्तर तक) आयनित एक). यहां प्लाज्मा को सरल सहज गणितीय कार्यों का उपयोग करके या संभाव्य दृष्टिकोण का उपयोग करके वर्णित नहीं किया जा सकता है। प्लाज्मा आकार में सहज परिवर्तन जैसे प्रभाव प्लाज्मा बनाने वाले आवेशित कणों की परस्पर क्रिया की जटिलता का परिणाम होते हैं। इसी तरह की घटनाएँवे दिलचस्प हैं क्योंकि वे स्पष्ट रूप से दिखाई देते हैं और स्थिर नहीं हैं। उनमें से कई का मूल रूप से प्रयोगशालाओं में अध्ययन किया गया और फिर ब्रह्मांड में खोजा गया।

गणितीय विवरण

प्लाज्मा का वर्णन विभिन्न स्तरों पर किया जा सकता है। आमतौर पर प्लाज्मा को विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों से अलग वर्णित किया जाता है। मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक घटना या एमएचडी सिद्धांत के सिद्धांत में एक प्रवाहकीय द्रव और विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का संयुक्त विवरण दिया गया है।

द्रव (तरल) मॉडल

द्रव मॉडल में, इलेक्ट्रॉनों को घनत्व, तापमान और औसत वेग के संदर्भ में वर्णित किया जाता है। मॉडल इस पर आधारित है: घनत्व के लिए संतुलन समीकरण, गति संरक्षण समीकरण और इलेक्ट्रॉन ऊर्जा संतुलन समीकरण। दो-द्रव मॉडल में, आयनों का उपचार उसी तरह किया जाता है।

काइनेटिक विवरण

कभी-कभी तरल मॉडल प्लाज्मा का वर्णन करने के लिए पर्याप्त नहीं होता है। अधिक विस्तृत विवरणएक गतिज मॉडल देता है जिसमें प्लाज्मा को निर्देशांक और संवेग पर इलेक्ट्रॉनों के वितरण कार्य के संदर्भ में वर्णित किया गया है। यह मॉडल बोल्ट्ज़मैन समीकरण पर आधारित है। बोल्ट्ज़मैन समीकरण कूलम्ब बलों की लंबी दूरी की प्रकृति के कारण कूलम्ब इंटरैक्शन के साथ आवेशित कणों के प्लाज्मा का वर्णन करने के लिए लागू नहीं है। इसलिए, कूलम्ब इंटरैक्शन के साथ प्लाज्मा का वर्णन करने के लिए, आवेशित प्लाज्मा कणों द्वारा बनाए गए एक स्व-सुसंगत विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के साथ व्लासोव समीकरण का उपयोग किया जाता है। गतिज विवरण का उपयोग थर्मोडायनामिक संतुलन की अनुपस्थिति में या मजबूत प्लाज्मा असमानताओं की उपस्थिति में किया जाना चाहिए।

कण-इन-सेल (कोशिका में कण)

कण-इन-सेल मॉडल गतिज मॉडल की तुलना में अधिक विस्तृत होते हैं। वे बड़ी संख्या में व्यक्तिगत कणों के प्रक्षेप पथ को ट्रैक करके गतिज जानकारी को शामिल करते हैं। विद्युत आवेश और धारा घनत्व का निर्धारण कोशिकाओं में उन कणों की संख्या के योग द्वारा किया जाता है जो विचाराधीन समस्या की तुलना में छोटे हैं, लेकिन फिर भी उनमें शामिल हैं बड़ी संख्याकण. विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र कोशिका सीमाओं पर आवेश और धारा घनत्व से पाए जाते हैं।

बुनियादी प्लाज्मा विशेषताएँ

तापमान के अपवाद के साथ सभी मात्राएँ गॉसियन सीजीएस इकाइयों में दी गई हैं, जो ईवी और आयन द्रव्यमान में दी गई है, जो प्रोटॉन द्रव्यमान इकाइयों में दी गई है; जेड- प्रभार संख्या; के- बोल्ट्ज़मैन स्थिरांक; को- तरंग दैर्ध्य; γ - रुद्धोष्म सूचकांक; एलएन Λ - कूलम्ब लघुगणक।

आवृत्तियों

• इलेक्ट्रॉन की लार्मोर आवृत्ति, चुंबकीय क्षेत्र के लंबवत समतल में इलेक्ट्रॉन की वृत्तीय गति की कोणीय आवृत्ति:

• आयन की लार्मोर आवृत्ति, चुंबकीय क्षेत्र के लंबवत तल में आयन की गोलाकार गति की कोणीय आवृत्ति:

• प्लाज्मा आवृत्ति(प्लाज्मा दोलन आवृत्ति), वह आवृत्ति जिसके साथ इलेक्ट्रॉन संतुलन स्थिति के आसपास दोलन करते हैं, आयनों के सापेक्ष विस्थापित होते हैं:

• आयन प्लाज्मा आवृत्ति:

• इलेक्ट्रॉन टकराव आवृत्ति

• आयन टकराव आवृत्ति

लंबाई

• डी ब्रोगली इलेक्ट्रॉन तरंग दैर्ध्य, क्वांटम यांत्रिकी में इलेक्ट्रॉन तरंग दैर्ध्य:

• न्यूनतम दूरीशास्त्रीय मामले में दृष्टिकोण, वह न्यूनतम दूरी जिस पर दो आवेशित कण आमने-सामने की टक्कर में एक-दूसरे के पास आ सकते हैं और क्वांटम यांत्रिक प्रभावों की उपेक्षा करते हुए कणों के तापमान के अनुरूप प्रारंभिक गति होती है:

• इलेक्ट्रॉन जाइरोमैग्नेटिक त्रिज्या, चुंबकीय क्षेत्र के लंबवत समतल में एक इलेक्ट्रॉन की गोलाकार गति की त्रिज्या:

• आयन जाइरोमैग्नेटिक त्रिज्या, चुंबकीय क्षेत्र के लंबवत तल में आयन की गोलाकार गति की त्रिज्या:

• प्लाज्मा त्वचा परत का आकार, जिसकी दूरी विद्युत चुम्बकीय तरंगेंप्लाज्मा में प्रवेश कर सकता है:

• डिबाई त्रिज्या (डेबाई लंबाई), वह दूरी जिस पर इलेक्ट्रॉनों के पुनर्वितरण के कारण विद्युत क्षेत्र की जांच की जाती है:

स्पीड

• थर्मल इलेक्ट्रॉन वेग, मैक्सवेल वितरण के तहत इलेक्ट्रॉनों की गति का अनुमान लगाने का एक सूत्र। औसत गति, सबसे संभावित गति और मूल माध्य वर्ग गति केवल एकता के क्रम के कारकों द्वारा इस अभिव्यक्ति से भिन्न होती है:

• थर्मल आयन वेग, मैक्सवेल वितरण के तहत आयन वेग का अनुमान लगाने का सूत्र:

• आयन ध्वनि गति, अनुदैर्ध्य आयन-ध्वनि तरंगों की गति:

• अल्फवेन गति, अल्फवेन तरंगों की गति:

आयामहीन मात्राएँ

• इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन द्रव्यमान के अनुपात का वर्गमूल:

• डेबी क्षेत्र में कणों की संख्या:

• अल्फवेनिक गति का प्रकाश की गति से अनुपात

• एक इलेक्ट्रॉन के लिए प्लाज्मा और लार्मोर आवृत्तियों का अनुपात

• एक आयन के लिए प्लाज्मा और लार्मोर आवृत्तियों का अनुपात

• थर्मल और चुंबकीय ऊर्जा का अनुपात

• चुंबकीय ऊर्जा और आयन विश्राम ऊर्जा का अनुपात

अन्य

• बोहमियन प्रसार गुणांक

• स्पिट्जर पार्श्व प्रतिरोध

प्लाज्मा की अवस्था को वैज्ञानिक समुदाय द्वारा लगभग सर्वसम्मति से पदार्थ की चौथी अवस्था के रूप में मान्यता दी गई है। इस अवस्था के आसपास, एक अलग विज्ञान का भी गठन किया गया है जो इस घटना का अध्ययन करता है - प्लाज्मा भौतिकी। प्लाज्मा या आयनित गैस की स्थिति को आवेशित कणों के एक समूह के रूप में दर्शाया जाता है, जिसका सिस्टम के किसी भी आयतन में कुल आवेश शून्य होता है - एक क्वासिनुट्रल गैस।

इसमें गैस-डिस्चार्ज प्लाज्मा भी होता है, जो गैस डिस्चार्ज के दौरान होता है। जब विद्युत धारा किसी गैस से होकर गुजरती है, तो सबसे पहले गैस को आयनित किया जाता है, जिसके आयनित कण धारा प्रवाहित करते हैं। इस प्रकार प्रयोगशाला स्थितियों में प्लाज्मा प्राप्त किया जाता है, जिसके आयनीकरण की डिग्री को वर्तमान मापदंडों को बदलकर नियंत्रित किया जा सकता है। हालांकि, उच्च तापमान वाले प्लाज्मा के विपरीत, गैस-डिस्चार्ज प्लाज्मा को करंट द्वारा गर्म किया जाता है, और इसलिए आसपास के गैस के अपरिवर्तित कणों के साथ बातचीत करते समय जल्दी ठंडा हो जाता है।

इलेक्ट्रिक आर्क - आयनित अर्ध-तटस्थ गैस

प्लाज्मा के गुण और पैरामीटर

गैस के विपरीत, प्लाज्मा अवस्था में किसी पदार्थ में बहुत अधिक विद्युत चालकता होती है। और यद्यपि प्लाज्मा का कुल विद्युत आवेश आमतौर पर शून्य होता है, यह चुंबकीय क्षेत्र से काफी प्रभावित होता है, जो ऐसे पदार्थ के जेट को प्रवाहित कर सकता है और इसे परतों में अलग कर सकता है, जैसा कि सूर्य में देखा गया है।

स्पाइक्यूल्स सौर प्लाज्मा की धाराएँ हैं

एक अन्य गुण जो प्लाज्मा को गैस से अलग करता है वह है सामूहिक अंतःक्रिया। यदि गैस के कण आमतौर पर दो में टकराते हैं, और कभी-कभी केवल तीन कणों की टक्कर देखी जाती है, तो प्लाज्मा कण, विद्युत चुम्बकीय आवेशों की उपस्थिति के कारण, कई कणों के साथ एक साथ बातचीत करते हैं।

इसके मापदंडों के आधार पर, प्लाज्मा को निम्नलिखित वर्गों में विभाजित किया गया है:

• तापमान के अनुसार: कम तापमान - एक मिलियन केल्विन से कम, और उच्च तापमान - एक मिलियन केल्विन या अधिक। इस तरह के पृथक्करण के अस्तित्व का एक कारण यह है कि केवल उच्च तापमान वाला प्लाज्मा ही थर्मोन्यूक्लियर संलयन में भाग लेने में सक्षम है।
• संतुलन और कोई संतुलन नहीं. प्लाज्मा अवस्था में कोई पदार्थ, जिसमें इलेक्ट्रॉनों का तापमान आयनों के तापमान से काफी अधिक होता है, नोइक्विलिब्रियम कहलाता है। उस स्थिति में जब इलेक्ट्रॉनों और आयनों का तापमान समान होता है, हम एक संतुलन प्लाज्मा की बात करते हैं।
• आयनीकरण की डिग्री के अनुसार: अत्यधिक आयनित और कम आयनीकरण की डिग्री के साथ प्लाज्मा। तथ्य यह है कि एक आयनित गैस, जिसके 1% कण भी आयनित होते हैं, प्लाज्मा के कुछ गुण प्रदर्शित करती है। हालाँकि, प्लाज्मा को आमतौर पर पूर्णतः आयनित गैस (100%) कहा जाता है। इस अवस्था में किसी पदार्थ का एक उदाहरण सौर पदार्थ है। आयनीकरण की डिग्री सीधे तापमान पर निर्भर करती है।

आवेदन

प्लाज्मा ने प्रकाश प्रौद्योगिकी में अपना सबसे बड़ा अनुप्रयोग पाया है: गैस-डिस्चार्ज लैंप, स्क्रीन और विभिन्न गैस-डिस्चार्ज उपकरणों, जैसे वोल्टेज स्टेबलाइजर या माइक्रोवेव विकिरण जनरेटर में। प्रकाश की ओर लौटते हुए - सभी गैस डिस्चार्ज लैंप गैस के माध्यम से विद्युत धारा के प्रवाह पर आधारित होते हैं, जो गैस के आयनीकरण का कारण बनता है। प्रौद्योगिकी में लोकप्रिय प्लाज्मा स्क्रीन, अत्यधिक आयनित गैस से भरे गैस-डिस्चार्ज कक्षों का एक सेट है। इस गैस में होने वाला विद्युत निर्वहन पराबैंगनी विकिरण उत्पन्न करता है, जिसे फॉस्फोर द्वारा अवशोषित किया जाता है और फिर इसे दृश्य सीमा में चमकने का कारण बनता है।

प्लाज्मा के अनुप्रयोग का दूसरा क्षेत्र अंतरिक्ष विज्ञान है, और अधिक विशेष रूप से, प्लाज्मा इंजन। ऐसे इंजन गैस के आधार पर काम करते हैं, आमतौर पर क्सीनन, जो गैस-डिस्चार्ज कक्ष में अत्यधिक आयनित होता है। इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप, भारी क्सीनन आयन, जो चुंबकीय क्षेत्र द्वारा भी त्वरित होते हैं, एक शक्तिशाली प्रवाह बनाते हैं जो इंजन का जोर बनाता है।

थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर के लिए "ईंधन" के रूप में - सबसे बड़ी उम्मीदें प्लाज्मा पर रखी गई हैं। सूर्य पर होने वाली परमाणु नाभिक के संलयन की प्रक्रियाओं को दोहराना चाहते हैं, वैज्ञानिक प्लाज्मा से संलयन ऊर्जा प्राप्त करने पर काम कर रहे हैं। ऐसे रिएक्टर के अंदर, एक अत्यधिक गर्म पदार्थ (ड्यूटेरियम, ट्रिटियम, या यहां तक ​​कि) प्लाज्मा अवस्था में होता है, और इसके विद्युत चुम्बकीय गुणों के कारण, चुंबकीय क्षेत्र द्वारा बनाए रखा जाता है। प्रारंभिक प्लाज्मा से भारी तत्वों का निर्माण ऊर्जा की रिहाई के साथ होता है।

प्लाज्मा त्वरक का उपयोग उच्च-ऊर्जा भौतिकी प्रयोगों में भी किया जाता है।

प्रकृति में प्लाज्मा

प्लाज्मा की अवस्था पदार्थ का सबसे सामान्य रूप है, जो पूरे ब्रह्मांड के द्रव्यमान का लगभग 99% है। किसी भी तारे का पदार्थ उच्च तापमान वाले प्लाज्मा का एक थक्का होता है। तारों के अलावा, अंतरतारकीय निम्न-तापमान प्लाज्मा भी है जो बाहरी स्थान को भरता है।

सबसे स्पष्ट उदाहरण पृथ्वी का आयनमंडल है, जो तटस्थ गैसों (ऑक्सीजन और नाइट्रोजन) के साथ-साथ अत्यधिक आयनित गैस का मिश्रण है। आयनमंडल का निर्माण गैस विकिरण के परिणामस्वरूप होता है सौर विकिरण. आयनमंडल के साथ ब्रह्मांडीय विकिरण की अंतःक्रिया से अरोरा बनता है।

पृथ्वी पर, बिजली गिरने के समय प्लाज्मा को देखा जा सकता है। वायुमंडल में प्रवाहित एक विद्युत चिंगारी आवेश अपने रास्ते में गैस को दृढ़ता से आयनित करता है, जिससे एक प्लाज्मा बनता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि "पूर्ण" प्लाज्मा, व्यक्तिगत आवेशित कणों के एक समूह के रूप में, 8,000 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर बनता है। इस कारण से, यह दावा कि आग (जिसका तापमान 4,000 डिग्री से अधिक नहीं है) प्लाज्मा है, केवल एक लोकप्रिय गलत धारणा है।

ऊपर सूचीबद्ध तीन अवस्थाओं के अलावा, कोई पदार्थ एकत्रीकरण की चौथी अवस्था में हो सकता है - प्लाज्मा , जो अपेक्षाकृत हाल ही में खोजा गया था। प्लाज्मा अवस्था तब होती है जब गैसीय अवस्था में कोई पदार्थ अति-उच्च तापमान (कई मिलियन डिग्री), शक्तिशाली विद्युत निर्वहन या विद्युत चुम्बकीय विकिरण जैसे मजबूत आयनीकरण कारकों के संपर्क में आता है। इस मामले में, पदार्थ के अणु और परमाणु नष्ट हो जाते हैं और एक मिश्रण में बदल जाते हैं जिसमें सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए नाभिक और विशाल गति से चलने वाले इलेक्ट्रॉन होते हैं। इस कारण से, प्लाज्मा को कभी-कभी इलेक्ट्रॉन-परमाणु गैस भी कहा जाता है।

प्लाज्मा दो प्रकार के होते हैं: इज़ोटेर्मल और गैस-डिस्चार्ज।

इज़ोटेर्मल प्लाज्मायह उच्च तापमान पर प्राप्त किया जाता है, जिसके प्रभाव में पदार्थ के परमाणुओं का थर्मल पृथक्करण होता है, और अनिश्चित काल तक मौजूद रह सकता है। इस प्रकार का प्लाज़्मा तारों के साथ-साथ बॉल लाइटिंग का भी पदार्थ है। पृथ्वी का आयनमंडल भी है विशेष किस्मप्लाज्मा; हालाँकि, इस मामले में, आयनीकरण सूर्य से पराबैंगनी विकिरण के प्रभाव में होता है।

इज़ोटेर्मल प्लाज़्मा अंतरिक्ष प्रक्रियाओं में अत्यंत महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। बाह्य अंतरिक्ष में पदार्थ की तीन अन्य समुच्चय अवस्थाएँ अपवाद हैं।

गैस डिस्चार्ज प्लाज्माविद्युत् निर्वहन के दौरान बनता है और इसलिए केवल विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति में ही स्थिर होता है। जैसे ही बाहरी क्षेत्र की क्रिया बंद हो जाती है, गैस-डिस्चार्ज प्लाज्मा, आयनों और इलेक्ट्रॉनों से तटस्थ परमाणुओं के निर्माण के कारण, 10 -5 -10 -4 सेकंड के भीतर गायब हो जाता है।

प्लाज्मा के उल्लेखनीय गुणों में से एक इसकी उच्च विद्युत चालकता है। प्लाज्मा का तापमान जितना अधिक होगा, उसकी चालकता उतनी ही अधिक होगी। इसके कारण, प्लाज्मा के माध्यम से सैकड़ों हजारों और लाखों एम्पीयर की धाराएँ प्रवाहित की जा सकती हैं।

प्लाज्मा के माध्यम से ऐसी धाराओं को प्रवाहित करके, इसके तापमान को दसियों और यहां तक ​​कि सैकड़ों लाखों डिग्री तक और इसके दबाव को दसियों गीगापास्कल तक बढ़ाना संभव है। ऐसी स्थितियाँ धारण के करीब मानी जाती हैं थर्मोन्यूक्लियर संलयन प्रतिक्रियाएं , जो भारी मात्रा में ऊर्जा उत्पन्न कर सकता है।

जैसा कि ज्ञात है, ऊर्जा न केवल नाभिक के विखंडन के दौरान, बल्कि उनके संलयन के दौरान भी जारी होती है, यानी हल्के नाभिक के भारी नाभिक में संलयन के दौरान भी। इस मामले में कार्य विद्युत प्रतिकर्षण को दूर करना और प्रकाश नाभिक को पर्याप्त छोटी दूरी के करीब लाना है जहां परमाणु आकर्षक बल उनके बीच कार्य करना शुरू करते हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, यदि दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन को हीलियम परमाणु के नाभिक में संयोजित करने के लिए मजबूर करना संभव होता, तो भारी ऊर्जा जारी होती। सामान्य टकराव के परिणामस्वरूप उच्च तापमान तक गर्म होने से, नाभिक इतनी छोटी दूरी तक पहुंच सकते हैं कि परमाणु बल काम में आते हैं और संलयन होता है। एक बार शुरू होने के बाद, संलयन प्रक्रिया, जैसा कि गणना से पता चलता है, आगे के परमाणु संलयन के लिए आवश्यक उच्च तापमान को बनाए रखने के लिए आवश्यक गर्मी की मात्रा प्रदान कर सकती है, अर्थात। यह प्रक्रिया लगातार जारी रहेगी. इस स्थिति में तापीय ऊर्जा का इतना शक्तिशाली स्रोत प्राप्त होता है कि इसकी मात्रा को मात्रा द्वारा ही नियंत्रित किया जा सकता है आवश्यक सामग्री. यह नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन प्रतिक्रिया आयोजित करने का सार है।

जब विद्युत धारा प्लाज्मा से होकर गुजरती है, तो यह एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र बनाता है जो इलेक्ट्रॉनों और आयनों के प्रवाह को संपीड़ित करता है प्लाज्मा कॉर्ड .इससे उपलब्धि होती है थर्मल इन्सुलेशनपोत की दीवारों से प्लाज्मा. जैसे-जैसे करंट बढ़ता है, प्लाज्मा का विद्युत चुम्बकीय संपीड़न अधिक स्पष्ट हो जाता है। यह तथाकथित का सार है चुटकी का प्रभाव .जैसा कि शोध से पता चला है, चुटकी प्रभाव और एक निश्चित कानून के अनुसार अलग-अलग बाहरी चुंबकीय क्षेत्रों द्वारा बनाई गई ताकतों का उपयोग प्लाज्मा को "चुंबकीय बोतल" में रखने के लिए सफलतापूर्वक किया जा सकता है जहां संलयन प्रतिक्रिया होती है।

रासायनिक बंधन सिद्धांत

रासायनिक बंधों के सिद्धांत के सामान्य प्रावधान। सहसंयोजक बंधन

रासायनिक बंधन की अवधारणा मूलभूत अवधारणाओं में से एक है आधुनिक विज्ञान. परमाणुओं की परस्पर क्रिया की प्रकृति के ज्ञान के बिना, रासायनिक यौगिकों के निर्माण के तंत्र, उनकी संरचना और प्रतिक्रियाशीलता को समझना और इससे भी अधिक, नई सामग्रियों के गुणों की भविष्यवाणी करना असंभव है।

रासायनिक बंधों के बारे में सबसे पहले और पूरी तरह से स्पष्ट विचार 1857 में केकुले द्वारा पेश किए गए थे। उन्होंने बताया कि किसी अन्य तत्व के परमाणु से बंधे परमाणुओं की संख्या घटक भागों की मौलिकता पर निर्भर करती है .

पहली बार, "रासायनिक बंधन" शब्द ए.एम. द्वारा पेश किया गया था। 1863 में बटलरोव। रासायनिक बंधों के सिद्धांत के निर्माण में बड़ी भूमिका 1861 में प्रस्तावित उनके रासायनिक संरचना के सिद्धांत द्वारा निभाई गई। हालांकि, सिद्धांत के मुख्य प्रावधानों को तैयार करने के बाद, बटलरोव ने अभी तक "रासायनिक बंधन" शब्द का उपयोग नहीं किया है। उनकी शिक्षा के सिद्धांत इस प्रकार हैं:

1. अणुओं में परमाणु एक निश्चित क्रम में एक दूसरे से जुड़े होते हैं। इस क्रम को बदलने से नए गुणों वाले नए पदार्थ का निर्माण होता है।

2. परमाणुओं का संयोजन उनकी संयोजकता के अनुसार होता है।

3. पदार्थों के गुण न केवल संरचना पर निर्भर करते हैं, बल्कि उनकी "रासायनिक संरचना" पर भी निर्भर करते हैं, अर्थात। अणुओं में परमाणुओं के कनेक्शन के क्रम और उनके पारस्परिक प्रभाव की प्रकृति पर।

इस प्रकार, पदार्थों के गुण न केवल उनकी गुणात्मक और मात्रात्मक संरचना से, बल्कि अणुओं की आंतरिक संरचना से भी निर्धारित होते हैं।

1863 में, काम में "ऑन।" विभिन्न स्पष्टीकरणआइसोमेरिज्म के कुछ मामले" बटलरोव पहले से ही "परमाणुओं के बीच रासायनिक बंधन की विधि", "व्यक्तिगत परमाणुओं के रासायनिक बंधन" के बारे में बोलते हैं।

"रासायनिक बंधन" शब्द का क्या अर्थ है?

इस अवधारणा की कई परिभाषाएँ दी जा सकती हैं, लेकिन उनमें से सबसे स्पष्ट परिभाषा यही है रासायनिक बंध – यह वह अंतःक्रिया है जो पदार्थों के निर्माण के दौरान परमाणुओं के बीच होती है.

रासायनिक बंधन की प्रकृति की वैज्ञानिक व्याख्या परमाणु की संरचना के सिद्धांत के उद्भव के बाद ही सामने आ सकती है। 1916 में, अमेरिकी भौतिक रसायनज्ञ लुईस ने सुझाव दिया कि विभिन्न परमाणुओं से संबंधित इलेक्ट्रॉनों की जोड़ी से एक रासायनिक बंधन उत्पन्न होता है। यह विचार आधुनिकता के लिए शुरुआती बिंदु था सहसंयोजक रासायनिक बंधन का सिद्धांत .

उसी वर्ष, जर्मन वैज्ञानिक कोसेल ने सुझाव दिया कि जब दो परमाणु परस्पर क्रिया करते हैं, तो उनमें से एक इलेक्ट्रॉन छोड़ देता है और दूसरा इलेक्ट्रॉन स्वीकार करता है। परिणामी आयनों की इलेक्ट्रोस्टैटिक अंतःक्रिया से एक स्थिर यौगिक का निर्माण होता है। कोसेल के विचारों के विकास से सृजन हुआ आयनिक बंधन सिद्धांत .

किसी भी स्थिति में, रासायनिक बंधन विद्युत मूल का है, क्योंकि अंततः इलेक्ट्रॉनों की परस्पर क्रिया के कारण होता है।

रासायनिक बंधन के उद्भव का एक कारण परमाणुओं की अधिक स्थिर स्थिति ग्रहण करने की इच्छा है। शर्तरासायनिक बंधन का निर्माण परस्पर क्रिया करने वाले परमाणुओं की प्रणाली की संभावित ऊर्जा में कमी है।

पर रासायनिक प्रतिक्रिएंपरमाणु नाभिक और आंतरिक इलेक्ट्रॉन कोश में परिवर्तन नहीं होता है। रासायनिक बंधन नाभिक से सबसे दूर के इलेक्ट्रॉनों की परस्पर क्रिया के माध्यम से होता है, जिसे कहा जाता है वैलेंस .

वैलेंस तत्व हैं: एस-तत्वों के लिए - बाहरी ऊर्जा स्तर के एस-इलेक्ट्रॉन, पी-तत्वों के लिए - बाहरी ऊर्जा स्तर के एस- और पी-इलेक्ट्रॉन, डी-तत्वों के लिए - बाहरी ऊर्जा स्तर के एस-इलेक्ट्रॉन और डी-इलेक्ट्रॉन पूर्व-बाह्य ऊर्जा स्तरों के लिए, एफ-तत्वों के लिए - बाहरी के एस-इलेक्ट्रॉन और तीसरे बाहरी ऊर्जा स्तर के एफ-इलेक्ट्रॉन।

आमतौर पर रासायनिक बंधन के पांच मुख्य प्रकार होते हैं: आयनिक, सहसंयोजक, धात्विक, हाइड्रोजन, और भी अंतरआण्विक अंतःक्रिया वान डेर वाल्स बलों के कारण, और पहले तीन प्रकार के कनेक्शन पिछले दो की तुलना में काफी मजबूत हैं।

रासायनिक बंधन का आधुनिक सिद्धांत क्वांटम यांत्रिक अवधारणाओं पर आधारित है। रासायनिक बंधों का वर्णन करने के लिए वर्तमान में दो विधियों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है: वैलेंस बांड विधि(एमवीएस) और आणविक कक्षीय विधि(एमएमओ)।

बीसी विधि सरल और अधिक दृश्य है, इसलिए हम इसके साथ रासायनिक बंधन के सिद्धांत पर विचार शुरू करेंगे।

आइए सबसे आम सहसंयोजक रासायनिक बंधन पर विचार करें।

वैलेंस बांड विधि

बीसी पद्धति निम्नलिखित प्रावधानों पर आधारित है।

1. एक सहसंयोजक रासायनिक बंधन विपरीत निर्देशित स्पिन वाले दो इलेक्ट्रॉनों द्वारा बनता है, और यह इलेक्ट्रॉन जोड़ी एक साथ दो परमाणुओं से संबंधित होती है। परमाणु स्वयं अपनी वैयक्तिकता बनाए रखते हैं।

2. एक सहसंयोजक रासायनिक बंधन उतना ही मजबूत होता है जितना अधिक परस्पर क्रिया करने वाले इलेक्ट्रॉन बादल ओवरलैप होते हैं।

शब्द के व्यापक अर्थ में सहसंयोजक बंधन इलेक्ट्रॉनों को साझा करके परमाणुओं के बीच एक रासायनिक बंधन बनाया जाता है।सहसंयोजक बंधन को एक सार्वभौमिक, सबसे सामान्य प्रकार का रासायनिक बंधन माना जा सकता है।

के लिए सटीक वर्णनएक अणु में एक इलेक्ट्रॉन की स्थिति, न्यूनतम ऊर्जा की स्थिति को निर्दिष्ट करते हुए, इलेक्ट्रॉनों और नाभिक की संबंधित प्रणाली के लिए श्रोडिंगर समीकरण को हल करना आवश्यक है। हालाँकि, वर्तमान में, श्रोडिंगर समीकरण को हल करना केवल अधिकांश के लिए ही संभव है सरल प्रणालियाँ. इलेक्ट्रॉन तरंग फ़ंक्शन की पहली अनुमानित गणना 1927 में हाइड्रोजन अणु के लिए हेइटलर और लंदन द्वारा की गई थी।

चावल। 4.1. दो हाइड्रोजन परमाणुओं की प्रणाली की ऊर्जा की निर्भरता

समानांतर (1) और के साथ इलेक्ट्रॉनों के लिए आंतरिक दूरी

प्रतिसमानांतर (2) घूमता है।

अपने काम के परिणामस्वरूप, उन्होंने सिस्टम की संभावित ऊर्जा को दो हाइड्रोजन परमाणुओं के नाभिक के बीच की दूरी से संबंधित एक समीकरण प्राप्त किया। यह पता चला कि गणना के परिणाम इस बात पर निर्भर करते हैं कि दोनों इलेक्ट्रॉनों के स्पिन समान हैं या संकेत में विपरीत हैं।

समानांतर स्पिन के साथ, परमाणुओं के दृष्टिकोण से सिस्टम की ऊर्जा में निरंतर वृद्धि होती है। विपरीत दिशा में घूमने के साथ, परमाणु एक दूसरे के पास एक निश्चित दूरी तक पहुंचते हैं र 0 सिस्टम की ऊर्जा में कमी के साथ होता है, जिसके बाद यह फिर से बढ़ना शुरू हो जाता है (चित्र 4.1)।

इस प्रकार, यदि इलेक्ट्रॉन स्पिन समानांतर हैं, तो ऊर्जा कारणों से रासायनिक बंधन का गठन नहीं होता है, लेकिन विपरीत दिशा में इलेक्ट्रॉन स्पिन के मामले में, एक एच 2 अणु बनता है - दो हाइड्रोजन परमाणुओं की एक स्थिर प्रणाली, के बीच की दूरी जिसका नाभिक है र 0 .

ये दूरी है र 0 परमाणु त्रिज्या के दोगुने से भी कम (हाइड्रोजन अणु के लिए - क्रमशः 0.074 और 0.106 एनएम), इसलिए, जब एक रासायनिक बंधन बनता है, तो इलेक्ट्रॉन बादलों और प्रतिक्रियाशील परमाणुओं का पारस्परिक ओवरलैप होता है (चित्र 3.2)।

चावल। 4.2. गठन के दौरान इलेक्ट्रॉन क्लाउड ओवरलैप की योजना

हाइड्रोजन अणु

बादलों के ओवरलैप होने के कारण, नाभिकों के बीच इलेक्ट्रॉन घनत्व बढ़ जाता है, और नकारात्मक चार्ज के इस क्षेत्र और परस्पर क्रिया करने वाले परमाणुओं के सकारात्मक चार्ज वाले नाभिक के बीच आकर्षक बल बढ़ जाते हैं। आकर्षक शक्तियों में वृद्धि के साथ-साथ ऊर्जा का विमोचन होता है, जिससे रासायनिक बंधन का निर्माण होता है।

संरचनात्मक सूत्रों का चित्रण करते समय, एक बंधन को डैश या दो बिंदुओं द्वारा दर्शाया जाता है (एक बिंदु एक इलेक्ट्रॉन को दर्शाता है):

एन - एन एन: एन

विचाराधीन मामले में, हाइड्रोजन परमाणुओं के एस-ऑर्बिटल्स में स्थित इलेक्ट्रॉनों को साझा किया जाता है। हाइड्रोजन परमाणु में कोई अन्य इलेक्ट्रॉन नहीं है। उदाहरण के लिए, हैलोजन के मामले में, प्रत्येक परस्पर क्रिया करने वाले परमाणु में बाहरी ऊर्जा स्तर पर इलेक्ट्रॉनों के तीन जोड़े भी होते हैं जो रासायनिक बंधन (दो एस-इलेक्ट्रॉन और चार पी-इलेक्ट्रॉन) के निर्माण में शामिल नहीं होते हैं:

F2 अणु में रासायनिक बंधन परमाणु पी-ऑर्बिटल्स में स्थित अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की परस्पर क्रिया के कारण बनता है; शेष इलेक्ट्रॉन रासायनिक बंधन के निर्माण में भाग नहीं लेते हैं (उन्हें अक्सर एकाकी इलेक्ट्रॉन जोड़े कहा जाता है)।

प्रत्येक परमाणु से केवल एक इलेक्ट्रॉन H2 और F2 अणुओं के निर्माण में भाग लेता है। इलेक्ट्रॉनों के एक जोड़े द्वारा निर्मित सहसंयोजक बंधन को कहा जाता है अकेला संचार

इलेक्ट्रॉनों के दो या तीन युग्मों द्वारा निर्मित बंधन को कहा जाता है एकाधिक संचार इस प्रकार, ऑक्सीजन और नाइट्रोजन परमाणुओं में क्रमशः दो और तीन अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं:

परिणामस्वरूप, प्रत्येक परमाणु से क्रमशः दो या तीन इलेक्ट्रॉन O 2 और N 2 अणुओं के निर्माण में भाग लेते हैं। इस प्रकार, ऑक्सीजन अणु में बंधन दोगुना है, और नाइट्रोजन अणु में यह तीन गुना है:

एकाधिक बांड कैसे बनाया जा सकता है? क्या इन मामलों में सभी कनेक्शन समान हैं? इस और अन्य संबंधित प्रश्नों का उत्तर देने के लिए, हमें सहसंयोजक बंधन की बुनियादी विशेषताओं पर विचार करना चाहिए।

प्रकृति में एक ही पदार्थ तापमान और दबाव के आधार पर अपने गुणों को मौलिक रूप से भिन्न करने की क्षमता रखता है। इसका उत्कृष्ट उदाहरण जल है, जो ठोस बर्फ, तरल तथा वाष्प के रूप में विद्यमान है। ये किसी दिए गए पदार्थ की तीन समुच्चय अवस्थाएँ हैं, जो हैं रासायनिक सूत्रएच 2 ओ। प्राकृतिक परिस्थितियों में अन्य पदार्थ भी इसी तरह अपनी विशेषताओं को बदलने में सक्षम हैं। लेकिन सूचीबद्ध लोगों के अलावा, प्रकृति में एकत्रीकरण की एक और अवस्था है - प्लाज्मा। यह सांसारिक परिस्थितियों में काफी दुर्लभ है और विशेष गुणों से संपन्न है।

आणविक संरचना

पदार्थ की वे चार अवस्थाएँ जिनमें पदार्थ रहता है, किस पर निर्भर करती हैं? परमाणु के तत्वों और स्वयं अणुओं की परस्पर क्रिया से, पारस्परिक प्रतिकर्षण और आकर्षण के गुणों से संपन्न। ये बल ठोस अवस्था में स्वयं-क्षतिपूर्ति करते हैं, जहां परमाणुओं को ज्यामितीय रूप से सही ढंग से व्यवस्थित किया जाता है, जिससे गठन होता है क्रिस्टल लैटिस. साथ ही, भौतिक वस्तु उपर्युक्त दोनों गुणात्मक विशेषताओं: आयतन और आकार को बनाए रखने में सक्षम है।

लेकिन जैसे ही अणुओं की गतिज ऊर्जा बढ़ती है, अव्यवस्थित रूप से चलते हुए, वे स्थापित क्रम को नष्ट कर देते हैं, तरल पदार्थ में बदल जाते हैं। उनमें तरलता होती है और ज्यामितीय मापदंडों की अनुपस्थिति की विशेषता होती है। लेकिन साथ ही, यह पदार्थ कुल मात्रा में परिवर्तन न करने की क्षमता बरकरार रखता है। गैसीय अवस्था में अणुओं के बीच परस्पर आकर्षण पूर्णतया अनुपस्थित होता है, इसलिए गैस का कोई आकार नहीं होता और इसमें असीमित विस्तार की संभावना होती है। लेकिन पदार्थ की सांद्रता काफी कम हो जाती है। सामान्य परिस्थितियों में अणु स्वयं नहीं बदलते। यह पदार्थ की 4 अवस्थाओं में से प्रथम 3 की मुख्य विशेषता है।

राज्यों का परिवर्तन

परिवर्तन की प्रक्रिया ठोसअन्य रूपों में तापमान को धीरे-धीरे बढ़ाकर और दबाव को अलग-अलग करके कार्यान्वित करना संभव है। इस मामले में, संक्रमण अचानक घटित होगा: अणुओं के बीच की दूरी काफ़ी बढ़ जाएगी, घनत्व, एन्ट्रापी और मुक्त ऊर्जा की मात्रा में परिवर्तन के साथ अंतर-आणविक बंधन नष्ट हो जाएंगे। यह भी संभव है कि मध्यवर्ती चरणों को दरकिनार करते हुए कोई ठोस सीधे गैसीय रूप में परिवर्तित हो जाएगा। इसे ऊर्ध्वपातन कहते हैं। ऐसी प्रक्रिया सामान्य सांसारिक परिस्थितियों में काफी संभव है।

लेकिन जब तापमान और दबाव संकेतक महत्वपूर्ण स्तर पर पहुंच जाते हैं, तो पदार्थ की आंतरिक ऊर्जा इतनी बढ़ जाती है कि इलेक्ट्रॉन, ख़तरनाक गति से चलते हुए, अपनी अंतर-परमाणु कक्षाओं को छोड़ देते हैं। इस मामले में, सकारात्मक और नकारात्मक कण बनते हैं, लेकिन परिणामी संरचना में उनका घनत्व लगभग समान रहता है। इस प्रकार, प्लाज्मा उत्पन्न होता है - किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति, जो वास्तव में, एक गैस है, पूरी तरह या आंशिक रूप से आयनित होती है, जिसके तत्व लंबी दूरी पर एक दूसरे के साथ बातचीत करने की क्षमता से संपन्न होते हैं।

अंतरिक्ष का उच्च तापमान प्लाज्मा

प्लाज्मा, एक नियम के रूप में, एक तटस्थ पदार्थ है, हालांकि इसमें आवेशित कण होते हैं, क्योंकि इसमें सकारात्मक और नकारात्मक तत्व, मात्रा में लगभग बराबर होने के कारण, एक दूसरे की भरपाई करते हैं। सामान्य स्थलीय परिस्थितियों में एकत्रीकरण की यह स्थिति पहले बताई गई अन्य स्थितियों की तुलना में कम आम है। लेकिन इसके बावजूद, अधिकांश ब्रह्मांडीय पिंडों में प्राकृतिक प्लाज्मा होता है।

इसका एक उदाहरण सूर्य और ब्रह्मांड के अन्य असंख्य तारे हैं। वहां का तापमान आश्चर्यजनक रूप से ऊंचा है। आख़िरकार, हमारे ग्रह मंडल के मुख्य पिंड की सतह पर वे 5,500°C तक पहुँच जाते हैं। यह पानी को उबालने के लिए आवश्यक मापदंडों से पचास गुना अधिक है। अग्नि-श्वास गोले के केंद्र में तापमान 15,000,000°C है। यह आश्चर्य की बात नहीं है कि गैसें (मुख्य रूप से हाइड्रोजन) वहां आयनित होती हैं, जो प्लाज्मा की समग्र स्थिति तक पहुंचती हैं।

प्रकृति में निम्न तापमान वाला प्लाज्मा

आकाशगंगा के स्थान को भरने वाले अंतरतारकीय माध्यम में भी प्लाज्मा होता है। लेकिन यह पहले वर्णित इसकी उच्च तापमान वाली किस्म से भिन्न है। इस तरह के पदार्थ में तारों द्वारा उत्सर्जित विकिरण से उत्पन्न आयनित पदार्थ होता है। यह निम्न तापमान वाला प्लाज्मा है। इसी प्रकार, सूर्य की किरणें, पृथ्वी की सीमा तक पहुँचकर, आयनमंडल और उसके ऊपर स्थित प्लाज्मा से युक्त विकिरण बेल्ट का निर्माण करती हैं। अंतर केवल पदार्थ की संरचना में हैं। हालाँकि आवर्त सारणी में प्रस्तुत सभी तत्व एक समान अवस्था में हो सकते हैं।

प्रयोगशाला में प्लाज्मा और उसका अनुप्रयोग

कानूनों के अनुसार, इसे हमारी परिचित परिस्थितियों में आसानी से हासिल किया जा सकता है। प्रयोगशाला प्रयोगों का संचालन करते समय, एक संधारित्र, डायोड और श्रृंखला में जुड़े प्रतिरोध पर्याप्त होते हैं। ऐसा सर्किट एक सेकंड के लिए वर्तमान स्रोत से जुड़ा होता है। और यदि आप तारों को छूते हैं धातु की सतह, तब स्वयं के कण, साथ ही पास में स्थित वाष्प और वायु के अणु, आयनित होते हैं और स्वयं को प्लाज्मा की एकत्रित अवस्था में पाते हैं। पदार्थ के समान गुणों का उपयोग क्सीनन और नियॉन स्क्रीन और वेल्डिंग मशीनें बनाने के लिए किया जाता है।

प्लाज्मा और प्राकृतिक घटनाएँ

प्राकृतिक परिस्थितियों में, प्लाज्मा को नॉर्दर्न लाइट्स की रोशनी में और तूफान के दौरान बॉल लाइटिंग के रूप में देखा जा सकता है। कुछ को स्पष्टीकरण प्राकृतिक घटनाएं, जिन्हें पहले रहस्यमय गुणों का श्रेय दिया जाता था, अब आधुनिक भौतिकी द्वारा दिया गया है। प्लाज्मा, जो वायुमंडल की एक विशेष स्थिति के तहत ऊंची और नुकीली वस्तुओं (मस्तूल, टावर, विशाल पेड़) के सिरों पर बनता और चमकता है, सदियों पहले नाविकों द्वारा सौभाग्य के अग्रदूत के रूप में लिया गया था। इसीलिए इस घटना को "सेंट एल्मो फायर" कहा गया।

एक तूफ़ान में आंधी के दौरान चमकदार टैसल्स या बीम के रूप में कोरोना डिस्चार्ज को देखकर, यात्रियों ने इसे एक अच्छे शगुन के रूप में लिया, यह महसूस करते हुए कि वे खतरे से बच गए हैं। यह आश्चर्य की बात नहीं है, क्योंकि पानी के ऊपर उठने वाली वस्तुएं, जो "एक संत के संकेत" के लिए उपयुक्त हैं, एक जहाज के किनारे पर आने का संकेत दे सकती हैं या अन्य जहाजों के साथ बैठक की भविष्यवाणी कर सकती हैं।

कोई संतुलन प्लाज्मा नहीं

ऊपर दिए गए उदाहरण स्पष्ट रूप से प्रदर्शित करते हैं कि प्लाज्मा अवस्था प्राप्त करने के लिए किसी पदार्थ को शानदार तापमान तक गर्म करना आवश्यक नहीं है। आयनीकरण के लिए बल का प्रयोग पर्याप्त है विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र. साथ ही, पदार्थ के भारी घटक तत्व (आयन) महत्वपूर्ण ऊर्जा प्राप्त नहीं करते हैं, क्योंकि इस प्रक्रिया के दौरान तापमान कई दसियों डिग्री सेल्सियस से अधिक नहीं हो सकता है। ऐसी परिस्थितियों में, प्रकाश इलेक्ट्रॉन, मुख्य परमाणु से अलग होकर, अधिक निष्क्रिय कणों की तुलना में बहुत तेजी से आगे बढ़ते हैं।

ऐसे ठंडे प्लाज्मा को नोइक्विलिब्रियम कहा जाता है। प्लाज़्मा टीवी और नियॉन लैंप के अलावा, इसका उपयोग पानी और भोजन शुद्धिकरण में भी किया जाता है, और चिकित्सा प्रयोजनों के लिए कीटाणुशोधन के लिए भी किया जाता है। इसके अलावा, ठंडा प्लाज्मा रासायनिक प्रतिक्रियाओं को तेज करने में मदद कर सकता है।

उपयोग के सिद्धांत

कृत्रिम रूप से निर्मित प्लाज्मा का उपयोग मानवता के लाभ के लिए कैसे किया जाता है, इसका एक उत्कृष्ट उदाहरण प्लाज्मा मॉनिटर का निर्माण है। ऐसी स्क्रीन की कोशिकाएँ प्रकाश उत्सर्जित करने की क्षमता से संपन्न होती हैं। पैनल एक दूसरे के करीब स्थित कांच की चादरों का एक प्रकार का "सैंडविच" है। उनके बीच अक्रिय गैसों के मिश्रण वाले बक्से रखे गए हैं। वे नियॉन, क्सीनन, आर्गन हो सकते हैं। और नीले, हरे और लाल फॉस्फोरस को कोशिकाओं की आंतरिक सतह पर लगाया जाता है।

प्रवाहकीय इलेक्ट्रोड कोशिकाओं के बाहर जुड़े होते हैं, जिनके बीच एक वोल्टेज बनता है। परिणामस्वरूप, एक विद्युत क्षेत्र उत्पन्न होता है और परिणामस्वरूप, गैस के अणु आयनित होते हैं। परिणामी प्लाज्मा पराबैंगनी किरणों का उत्सर्जन करता है, जो फॉस्फोरस द्वारा अवशोषित होती हैं। इससे उत्सर्जित फोटोन के माध्यम से प्रतिदीप्ति की घटना घटित होती है। अंतरिक्ष में किरणों के जटिल संयोजन के कारण, विभिन्न प्रकार के रंगों की एक उज्ज्वल छवि दिखाई देती है।

प्लाज्मा भयावहता

पदार्थ का यह रूप इस दौरान घातक रूप धारण कर लेता है परमाणु विस्फोट. इस अनियंत्रित प्रक्रिया के दौरान भारी मात्रा में विभिन्न प्रकार की ऊर्जा के निकलने के साथ बड़ी मात्रा में प्लाज्मा बनता है। डेटोनेटर के सक्रिय होने के परिणामस्वरूप, यह फट जाता है और पहले सेकंड में आसपास की हवा को अत्यधिक तापमान तक गर्म कर देता है। इस बिंदु पर, एक घातक आग का गोला दिखाई देता है, जो प्रभावशाली गति से बढ़ रहा है। आयनित वायु द्वारा चमकीले गोले का दृश्य क्षेत्र बढ़ जाता है। विस्फोट से प्लाज्मा के थक्के, कश और जेट एक शॉक वेव बनाते हैं।

सबसे पहले, चमकदार गेंद, आगे बढ़ते हुए, तुरंत अपने रास्ते में आने वाली हर चीज को अवशोषित कर लेती है। न केवल मानव हड्डियाँ और ऊतक धूल में बदल जाते हैं, बल्कि ठोस चट्टानें भी, और यहाँ तक कि सबसे टिकाऊ कृत्रिम संरचनाएँ और वस्तुएँ भी नष्ट हो जाती हैं। सुरक्षित आश्रयों के बख्तरबंद दरवाजे आपको नहीं बचाते, टैंक और अन्य सैन्य उपकरण नष्ट हो जाते हैं।

इसके गुणों में प्लाज्मा एक गैस जैसा दिखता है क्योंकि इसका कोई विशिष्ट आकार और आयतन नहीं होता है, जिसके परिणामस्वरूप यह अनिश्चित काल तक फैलने में सक्षम होता है। इस कारण से, कई भौतिक विज्ञानी यह राय व्यक्त करते हैं कि इसे एकत्रीकरण की एक अलग स्थिति नहीं माना जाना चाहिए। तथापि महत्वपूर्ण अंतरयह केवल गर्म गैस से स्पष्ट है। इनमें शामिल हैं: विद्युत धाराओं का संचालन करने की क्षमता और चुंबकीय क्षेत्र के संपर्क में आना, अस्थिरता और एक दूसरे के साथ सामूहिक रूप से बातचीत करते हुए घटक कणों की अलग-अलग गति और तापमान रखने की क्षमता।