الرئيسية » مقالات علمية » مقالات في الفيزياء » البلازما Plasma حالة من حالات المادة والفرق بينها وبين الغاز

البلازما Plasma حالة من حالات المادة والفرق بينها وبين الغاز

البلازما Plasma حالة من حالات المادة والفرق بينها وبين الغاز







البلازما Plasma هي حالة من حالات المادة وفي كثير من الاحيان ينظر لها كفرع من الحالة الغازية للمادة لكن في الحقيقة كلاهما يختلف عن الاخر. تشبه البلازما الغاز في انها لا تمتلك شكل او حجم ثابت وهي اقل كثافة من المواد الصلبة او السائلة. لكن على خلاف الحالة الغازية فان البلازما عبارة عن ذرات انتزع منها بعض او كل الكتروناتها واصبحت انوية موجبة الشحنة تتحرك بحرية.

يتكون الغاز من ذرات او جزيئات متعادلة كهربيا اي ان عدد الالكترونات السالبة يساوي عدد البروتونات الموجبة.

البلازما عبارة عن غاز مشحون في حالة تفاعل كهروستاتيكية electrostatic “قوة كولوم”. فذرات او جزيئات الغاز قد تكتسب شحنة كهربائية موجبة او سالبة بفقدها او اكتسابها الكترون. تسمى هذه العملية بعملية التأيين ionization. تشكل البلازما حالة المادة الاساسية في الشمس والنجوم وهي حالة شائعة للمادة في الكون ككل.

ملاحظة: بلازما الدم Blood plasma شيء مختلف تماما. انه عبارة عن جزء سائل من الدم.

جسيمات مشحونة Charged particles

يتكون العاز العادي مثل النيتروجين nitrogen او كبريتيد الهيدروجين hydrogen sulfide من جزيئات تمتلك شحنة كلية تساوي صفر (اي ان عدد الشحنات الموجبة يساوي عدد الشحنات السالبة)، مما يجعل شحنة كامل حجم  الغاز تساوي صفر. تتكون البلازما من جسيمات مشحونة قد تمتلك شحنة كلية تساوي صفر في كامل الحجم الذي تحتويه لكن ليس على مستوى الجسيمات المنفردة. هذا يعني ان القوة الكهروستاتيكية بين الجسيمات في البلازما تصبح كبيرة وتتأثر ايضا بالمجال المغناطيسي.

وحيث ان البلازما مكونة من جسيمات مشحونة، فانها يمكن ان تقوم بالكثير من الاشياء التي لا يمتلكها الغاز، على سبيل المثال البلازما موصلة للكهرباء، وحيث ان حركة الجسيمات المشحونة تولد مجالا مغناطيسيا فان البلازما تمتلك مجالا مغناطيسيا وهذا لا يمكن ان يكون في الغاز العادي.

تتصرف كل الجسيمات في الغاز العادي بنفس الطريقة. فمثلا اذا كان لديك غاز في وعاء وتركته يبرد إلى درجة حرارة الغرفة، فان كل الجزيئات في الداخل سوف تتحرك بنفس السرعة تقريبا تسمى السرعة المتوسطة، ولو قمت بعمل توزيع احصائي للسرعات التي تمتلكها جسيمات الغاز عند درجة حرارة ثابتة سوف تجد ان اغلب الجسيمات تتحرك بسرعة قريبة من السرعة المتوسطة مع وجود عدد قليل جدا يمتلك سرعات اكبر او اقل، ويخضع هذا التوزيع الاحصائي إلى توزيع ماكسويل بولتزمان للسرعات. يعود السبب في ذلك إلى ان جسيمات الغاز تتصرف بشكل يشابه كرات البلياردو وهي في حالة تصادم مستمر وتتبادل الطاقة بينها.

 هذا الامر لا يحدث في البلازما بالاخص في وجود مجالا كهربيا او مغناطيسيا. حيث انه في اغلب الاحيان لا تكون كثافة البلازما كبيرة بما يكفي لحدوث تصادمات بين جسيماتها وهذا يعزز دور المجال الكهربي والمغناطيسي في احداث زيادة التفاعل بين جسيمات البلازما.

بالحديث عن التفاعلات الكهروستاتيكية فان مكونات البلازما من جسيمات مشحونة (الكترونات وايونات) تتفاعل مع بعضها البعض من خلال المجال الكهربي او المجال المغناطيسي ويمكن ان تفعل ذلك على مسافات كبيرة بالمقارنة مع الغاز العادي. وهذا يعني بدوره ان الامواج تصبح اكثر اهمية عند نصف ما يحدث داخل البلازما. من بين هذه الامواج موجة تعرف باسم موجة الف-فين Alfvén wave والاسم يعود إلى الفيزيائي السويدي هانس الف-فين Hannes Alfvén. تحدث موجة الف-فين عندما يتشوش المجال المغناطيسي في البلازما مما يولد موجة تنتشر على امتداد خطوط الفيض المغناطيسي. لا يوجد مثل هذه الحالة في الغازات العادية. قد تكون امواج الف-فين هي السبب في ان درجة حرارة الهالة الشمسية solar corona والتي هي بلازما تصل إلى ملايين درجة مئوية في حين ان درجة الحرارة على سطح الشمس في حدود بضع الاف درجة مئوية.

البلازما Plasma حالة من حالات المادة والفرق بينها وبين الغاز

مجال مغناطيسي حلقي لحصر البلازما




من الخصائص المميزة الاخرى للبلازما هو امكانية حصرها وتحديد شكلها في المكان باستخدام المجالات المغناطيسية. حيث ان معظم ابحاث طاقة الاندماج  fusion power تركز على القيام بذلك. للحصول على ظروف الاندماج النووية نحتاج إلى بلازما عند درجة حرارة عالية جدا تصل إلى ملايين الدرجات. وحيث انه لا يوجد اي مادة يمكن ان تحتوي البلازما عند هذه الحرارة المرتفعة، قام العلماء والمهندسين باستخدام المجال المغناطيسي لاحتواء البلازما.

تطبيقات البلازما Plasma in action

المكان الاسهل لرؤية البلازما وهي تعمل في مصابيح الفلوريستنت او اشارات النيون. في تلك الحالات يتعرض الغاز إلى فرق جهد كبير، فاما تنفصل الاكترونات عن الذرات او ان تثار إلى مستويات طاقة عالية. يصبح الغاز داخل المصباح بلازما موصلة للكهرباء. تعود الالكترونات المثارة إلى مستوى الطاقة الارضي وتتحرر فوتونات تحمل فرق الطاقة بين المستوى المثار والمستوى الارضي وهو الضوء الذي نراه من اشارات النيون او مصابيح الفلوريسنت. انظر كيف تعمل مصابيح الفلوريسنت النيون.

كما ان تلفزيونات البلازما Plasma TVs تعمل بنفس الطريقة. يستخدم غاز يكون في الاغلب اما ارجون argon او نيون neon او زينون xenon ويحقن في فجوة مغلقة باحكان بين لوحين من الزجاج. يمرر تيارا كهربائيا خلال الغاز مما يجعله يتوهج. تعمل البلازما على اثارة مواد فسفورية حمراء وخضراء وزرقاء وعند اندماجهم مع بعضهما البعض بنسب محددة نحصل على الصورة الملونة. انظر فكرة عمل شاشات البلازما.

البلازما Plasma حالة من حالات المادة والفرق بينها وبين الغاز

داخل شاشة تلفزيون البلازما Plasma TV

من الاستخدامات الاخرى للبلازما هو كرة البلازما التي تحتوي على خليط من غاز نبيل يعطي ضوء بالوان البرق عندما يعمل تيار كهربي على تأيين الغاز.

البلازما Plasma حالة من حالات المادة والفرق بينها وبين الغاز

كرة بلازما

من الامثلة الاخرى للبلازما التي يمكن ان نشاهدها على الارض هو الشفق القطبي auroras التي تحيث القطبين عندما ترسل الشمس رياح شمسية عبارة عن سيل من الجسيمات المشحونة تكون في الاغلب من البروتونات لتصطدم بالمجال المغناطيسي الارضي. تتبع هذه الجسيمات خطوط المجال المغناطيسي وتتحرك نحو القطبين حيث تتصادم مع ذرات الهيدروجين والاكسجين في الهواء وتعطي اضواء ملونة.

البلازما Plasma حالة من حالات المادة والفرق بينها وبين الغاز

ظاهرة الشفق القطبي auroras

ما هي البلازما

كيف تعمل مصابيح الفلوريسنت النيون

كم هي عدد حالات المادة

فكرة عمل شاشات البلازما




تعليقات

تعليقات

عن الدكتور حازم فلاح سكيك

د. حازم فلاح سكيك استاذ الفيزياء المشارك في قسم الفيزياء في جامعة الازهر - غزة | مؤسس شبكة الفيزياء التعليمية | واكاديمية الفيزياء للتعليم الالكتروني | ومنتدى الفيزياء التعليمي | ومركز الترجمة العلمي | وقناة الفيزياء التعليمي على اليوتيوب | ورئيس تحرير مجلة الفيزياء العصرية | Email skhazem@gmail.com

تفضل بزيارة صفحتي
تصفح كل مقالاتي

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.