对等离子体的认识

认识等离子体

等离子体的产生

物质由一百多种元素组成，不同元素结合成各种分子。大量的分子又依靠某种作用力结合或凝聚在一起，由于作用力的强弱不等而表现为各种不同的存在状态。

物质的存在状态是指物质在一定的温度和压力下所呈现的形态，为人们所熟知的是固态、液态、气态三种。

分子力的吸引作用使分子聚集在一起，在空间形成某种有规则的分布，也叫有序分布。而分子的无规则热运动具有破坏这种有序排列，使分子分散开来的势。正是由于分子力与无规则热运动这两种相互对立的作用的结果，使得物质分子在不同温度下是现出三种不同的聚集态。
温度 是分子热运动剧烈程度在宏观上的表现：

• 在较低温度下，分子无规则热运动不太剧烈，分子在分子力的作用下被束缚在各自的平衡位置附近作微小的振动，分子排列有序，表现为固体状态；
• 温度升高时，无规则热运动剧烈到某一程度，分子力的作用已不足以将分子束缚在固定的平衡位置附近作微小的振动，但还不至于使分子分散远离，这就表现为具有一定体积而无固定形状的液体状态；
• 温度再升高，无规则热运动进一步加剧，分子力已无法使分子保持一定的距离，这时分子互相分散远离，分子的运动几乎是自由运动，这就表现为气体状态。

• 不同的存在状态之间可以相互转化，例如冰可以融化成水，水可以沸腾成水蒸气。
• 如果温度继续升高几百度，水仍然是蒸汽，只是温度高一点，仍然以水分子形式存在；
• 如果温度升高到几千度，水分子的化学键断裂，就会分解成氢气和氧气；

• 如果继续升温到几万度甚至几十万度，不仅分子之间和原子之间的运动十分剧烈，彼此之间难以束缚，氢气和氧气也会被电离，原子中的电子因为有相当大的动能，所以摆脱了原子核对它的束缚，称为自由电子。

原子中的电子可以从外部吸收能量从基态跃迁到较高的能级上，即激发态。当电子吸收的能量足够大，超过最大的激发能级时，电子就会脱离原子，成为自由电子。

• 原子失去电子变成带正电的离子，这个过程叫电离。物质就变成了一团 由电子和离子组成的离子化气体状物质，是物质的另一种全新状态，即 物质的第四态，称为 等离子体。

离子是指带有电荷的原子或分子，所以这里缺少电子而带正电的原子是“离子”。

这种全新状态的主要性质发生了本质的变化：

• 在气体中电离成分只要超过千分之一，它的行为主要就由离子和电子之间的库仑作用力所支配，中性粒子之间的相互作用退居次要地位；
• 并且 电离气体的运动受电磁场的影响非常明显，它是一种 导电率很高 的导电流体。

因而跟固态、液态、气态相比，它是一种性质奇特的全新物质聚集态，从聚集态的次序来看它排在第四位，所以称它为 物质第四态。鉴于在这种 聚集态 中 电子的负电荷总数和离子的正电荷总数在数值上是相等的，宏观呈现 电中性，因而也叫它 等离子体。

当一个或多个电子从一个原子中被撕裂时，等离子体就产生了。

等离子体的定义

等离子体是物体的第四态，是一团电离后的粒子，其中含有几乎相等数量的自由电子和离子，呈准电中性。

以下是来自《等离子体物理学导论》(F.F.Chen)一书中的定义：

等离子体是带电粒子(电子和离子)和中性粒子组成的表现出集体行为的一种准中性气体。

等离子体并不远

闪电、北极光、彗星扫过的尾巴、日冕都是什么呢？

将一个离子放入电场或磁场中，将会得到两种截然不同的结果。因为离子是带电的，电场会给它们加速，而磁场则会控制它们在圆形轨道上运动。 当离子发生碰撞，或者通过电或磁来加速，光就这样产生了。

太阳内部由于极高的温度和极大的压力，不断进行核聚变反应，释放出大量的辐射能，同时还不断地放射出大量的带电粒子涌向茫茫宇宙空间。

• 这些带电粒子以每秒 400 ~ 700 公里的速度飞进地球大气层时跟气体分子或原子碰撞，使气体激发和电离，形成稀薄的等离子体，并放出光辉。

那么，为什么只能在地球两极附近看到呢？

• 这是因为地球本身是一块巨大的磁体，它的磁力线出没于地球两极附近。
• 由于地磁场的影响，从太阳上飞来的带电粒子不能直线运动，只能绕着磁力线打转，沿着弯曲的磁力线爆旋式地运动到地球南北两极附近的高空。极光一般出现在离地面 100 ~ 400 公里的高空。

上述所说的东西，还有许多其他的事物，甚至宇宙中 99% 以上的物质都是等离子体。

只要看一下这样的事实就可以明白了：

• 在太阳中心温度高达一千万度以上，那里的物质显然都以等离子体状态存在。
• 类似太阳的许许多多恒星，星系以及广阔无垠的星际空间物质都是等离子体。
• 而像我们人类居住的“冷星球“在宇宙中是为数不多的。

等离子化学家创造了许多令人称赞的等离子体，它们可以针对性地毁灭或改变化学物质，从而杀死存在于食物表面或医院里的致病细菌。

未来，等离子体可能被用作去永久地清理填埋在地底的垃圾，有效地将毒素从空气中和水中剥离出去，或者给我们提供有无限潜力的可再生清洁新能源。