آموزگاری از دیار شرق

مطالب علمي_آموزشی

آيا مي دانيد ماده چهار حالت دارد نه سه حالت؟!

تقریباً همه‌ در پاسخ به این پرسش که ماده چند حالت دارد، می‌گویند سه حالت: جامد، مایع وگاز ولی چنین نیست. گازها در درجه حرارت های بسیار بالا، حالت چهارم ماده را پدید می آورند که پلاسما نامیده می شود.
پلاسما چنان که شایسته آن است شناخته نشده است، با این حال همه جا می توان آن را یافت. در جهان از ماده ستارگان گرفته تا پرتوهای کیهانی و در اطراف کره خاکی، درون حوزه مغناطیسی زمین و در نگاهی عامیانه تر حتی در آتش حالت پلاسما وجود دارد.
پلاسما چیست؟
پلاسما گازی است که از ذرات باردار تشکیل شده است. در واقع گازها در درجه حرارت های بالا، حالت چهارم ماده را که پلاسما نامیده می شود به وجود می آورند.

پلاسما یك گاز یونی شده ی بسیار سوزان است، گازی چنان سوزان كه برخوردهای شدید گرمایی، همه یا بسیاری از اتم های آن را به یون های مثبت و الكترون ها تجزیه كرده است.پلاسما در واقع همان آتش خالص است زیرا بخشی از یك شعله ی عادی پلاسما و بخش دیگر آن گاز سوزان است صاعقه، آتش سنت المو ، شفق شمالی و یونوسفر خود نوعی پلاسما هستند.

گاز داخل لوله های مهتابی و تابلوهای نئونی پلاسما است، قوس درخشان دستگاه جوش الكتریكی پلاسما است، آتش خروجی از موشك پلاسما است و كره ی آتشین بمب هسته ای نیز پلاسما است.

گاز معمولی نیز مقداری یون و الكترون دارد اما نه به اندازه ای كه آن را به پلاسما تبدیل كند. اگر گازی را تا دماهای زیادتر و زیادتر گرم كنیم آن گاز به تدریج به پلاسما تبدیل می گردد.
پلاسما بر حسب شدت یونیزاسیون گاز مورد نظر به دو گروه تقسیم می شوند:
دسته اول پلاسماهایی که در آنها درصد بالایی از اتم ها یونیزاسیون شده اند و برای همجوشی هسته ای به کار می روند که دمای آنها بسیار بالا و در حدود چندین میلیون درجه سانتیگراد است.
دسته دوم پلاسماهایی هستند که در آنها جزئی از اتم ها یونیزه شده اند و یونیزاسیون ، به ندرت به 5 % می رسد که دمای آن بین 2000 تا 20000 درجه سانتیگراد است و این نوع پلاسما کاربرد صنعتی دارد. در ذوب آهن ، تهیه آلیاژهای فولاد و در پرتاب موشک به فضا و همچنین در حفاری مورد استفاده قرار می گیرد.
پلاسما از نظر تولید انرژی قابل ملاحظه است به شرط آنکه کنترل حرارتی همجوشی هسته ای میسر شود. استفاده از پلاسما برای پوشش دهی فلزات به منظور حفاظت در برابر حرارت زیاد برای اولین بار در صنایع هواپیما سازی مورد استفاده قرار گرفت.
رسانایی پلاسما:
پلاسما رسانای بسیار خوبی برای برق است و در مواردی حتی بهتر از بهترین رساناهای فلزی عمل می کند. اگر مقداری گاز معمولی را یونیزه کنیم، یعنی درون آن تخلیه الکتریکی انجام دهیم، گاز به پلاسما تبدیل می شود زیرا تخلیه الکتریکی سبب می شود ذرات گاز باردار شوند. هر اتم معمولی از یک هسته با بار مثبت و ابری از الکترون ها با بار منفی در اطراف آن تشکیل شده است. بار الکتریکی اتم در حالت عادی صفر است.
اگر میدان الکتریکی نیرومندی بر گازی معمولی اعمال کنیم ممکن است تعدادی از الکترون ها اتم های خود را بدرود گویند.
هر اتم که به این ترتیب تحت تاثیر قرار بگیرد به طور مثبت باردار می شود و در این حالت می گوییم اتم به یون تبدیل شده است.
الکترون های جدا شده که بار منفی دارند آزادانه در دستگاه حرکت می کنند. این الکترون های آزاد از میدان الکتریکی انرژی می گیرند و سرعتشان زیاد و زیادتر می شود و در این روند به اتمهای دیگر برخورد می کنند و سبب آزاد شدن الکترون های بیشتر می شوند.
این کار به طور پی در پی صورت می گیرد و تعداد الکترون های آزاد شده رفته رفته زیادتر می شوند. این فرآیند به فرآیند آبشاری معروف است. در این میان تخلیه الکتریکی گسترش می یابد و جریان الکتریکی برقرار می شود . گاز قبل از تخلیه الکتریکی در آن نارسانا بود در مواقعی که تخلیه الکتریکی بسیار قدرتمندی انجام می گیرد ، ممکن است تمام اتم های گاز به سبب فرآیند آبشاری یونیزه شوند و گاز به پلاسما تبدیل شود.
تولید پلاسما در درجه حرارت های بالا:
با رساندن دمای گاز به درجه حرارت های بالا نیز می توان پلاسما بوجود آورد. دمای لازم برای تولید این نوع پلاسما به روش یونیزاسیون حرارتی بسیار زیاد و از مرتبه ده ها هزار درجه است و واقعیت این است که دانشمندان در مواقع بسیار نادر و ویژه از این روش برای تولید پلاسما استفاده می کنند.
ولی از طرف دیگر ، فیزیک دانان متخصص پلاسما علاقه بسیار زیادی دارند تا رفتار های پلاسمای کاملا یونیزه شده را بررسی کنند . در این میان اختر شناسان می توانند در مورد رفتار پلاسما به فیزیک دان ها کمک کنند زیرا 99 % جهان هستی پلاسما است.
در اعماق ستاره ها، دما بسیار بالا بوده و تمام ماده به شکل پلاسما است . در این دما چهار هسته هیدروژن با هم ترکیب می شوند و یک هسته ی هلیوم بوجود می آورند. در این فرآیند که همجوشی هسته ای نام دارد ، انرژی ای به دست می آید که از خورشید یا دیگر ستاره ها آزاد می شود و در مورد فرآیند همجوشی هسته ای باید گفته شود که این فرآیند در بمب های هیدروژنی در کسری از ثانیه رخ می دهد.
دانشمندان تلاش می کنند که با کنترل و ابقای همجوشی هسته ای هیدروژنی به منابع ارزان و پر توان دست یابند.از دیگر کاربردهای پلاسما می توان به موارد متالوژی، تهیه آلیاژها، پرتاب موشک ها به فضا، حفاری، برش قطعات فولادی، تهیه استیل، تهیه اکسید تیتانیم، بازیابی اکسید فلزات در آهن، سرب قلع و پوشش دهی فلزات به منظور حفاظت آنها در برابر حرارت زیاد و برای محافظت قطعات توربین گاز در هواپیما نام برد.

+ نوشته شده در  یکشنبه بیست و نهم آبان 1390ساعت 8:59  توسط علیرضا زنگویی دوم  |