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1.物质有三种状态。气态、液态和固态。这是常识,大家都信。如果有第四种物质状态,也就是等离子态,你可能会觉得新鲜,也有点迷茫。人类很少观察到生活空间中的自然等离子体状态,这并不奇怪。只有在雷雨天,闪电撕裂云层,声嘶力竭地尖叫,甚至试图通过残忍地杀人来向大自然和人类宣布自己的存在。
2.可惜人类太笨了。直到19世纪末20世纪初,第四物质状态的宣言才被破译。随着温度的升高,这种物质逐渐从固体变成液体甚至气体。如果温度上升到几千度、几万度,气体分子或原子就会失去电子,变成带正电荷的离子,脱离原子核的电子就会变成自由电子。这个过程叫做电离。当气体中存在大量离子和电子时,带电粒子之间以及带电粒子与环境之间的电磁相互作用起主导作用。这种电离的气体就是等离子体,它对应的状态叫做第四物质态。
3.生物圈以外的宇宙,99%以上是由第四态的物质构成的。称为太空或天体等离子体。距离地球一万米左右的电离层是离我们最近的空间等离子体,它是太阳辐射引起的高层大气部分电离产生的。电离层旁边是磁层。磁层距离地面几十到几百公里,其等离子体密度小于电离层。外磁层被称为行星际空间,其中充满了来自太阳的带电粒子,辐射出——个太阳风。风来自太阳大气的最外层(称为日冕)。日冕是一种稀薄但完全电离的等离子体。像地球一样,许多其他行星周围也有磁气圈。与太阳类似,许多其他恒星附近也有各种等离子体。比如中子星(主要由中子组成,质量大或体积小)磁层的磁场高达1012高斯,而地球磁层的磁场不到1高斯。
4.恒星之间的空间。等离子体密度和质量较小,仅占宇宙等离子体总量的一小部分(不到百分之一),大部分等离子体集中在恒星内部。宇宙中大部分恒星都有剧烈的聚变反应,温度一般在几千万度以上,物质处于完全电离的等离子体状态。比如,从50亿年前开始,太阳就一直在进行激烈的氢聚变反应,每秒钟“燃烧”约500万吨等离子体氢核,产生大量热能,生成氢核等离子体。
5.以上是天然血浆。此外,还有人造血浆。普通火焰(温度一般在几百到一千度之间)是密度极低的等离子体,而钠、钾等碱金属蒸汽是温度略高的等离子体。辉光放电也是等离子体的一种,是在低气压下放电气体产生的。近年来,利用不同气体中的辉光放电现象开发了一种称为气相沉积的技术,用于制造各种薄膜。电弧(略高气压下的气体放电)等离子体广泛应用于工业中,如等离子焊接、等离子冶金、等离子喷涂等。激波管是一种可以用来产生数万度高温等离子体的装置。氢弹爆炸是在数亿度的温度下,氘等离子体与氢同位素发生不可控的聚变反应。另外,金属和半导体在某种意义上都是等离子体(称为固体等离子体)。它们应该是固体,但由于其中自由电子的存在,有些性质类似于等离子体。
6.血浆家族中有许多成员。这种关系是复杂的,在人类生存中起着重要的作用。然而,人类对一些重要的等离子体还不够了解。他们有什么特点?如何使用和控制它们?它们是如何形成的?再比如科学家还不知道闪电的机制,还不能控制聚变反应(反应速率、能量释放等。).预计解决这些问题需要一些时间。
这就是等离子的全部。