Плазма (грчки: πλάσμα, „нешто оформено“πλάσμα, Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek–English Lexicon, on Perseus) — една од четирите основни агрегатни состојби, другите се цврста, течна и гасовита. Плазмата има својства различни од оние во другите состојби.
Плазмата може да биде создадена со загревање гас или подложување на гасот на силно електромагнетно поле нанесена со ласер или микробранов генератор.Ова го намалува или го зголемува бројот од електрони, создавајќи позитивни или негативни полнежи,честички наречени јони, придружена со дисоцијација од ковалентни врски, ако е присутна.
Присуството на значаен број на носители на електрицитет ја прават плазмата електрично отпорна така што реагира силно на електромагнетни полиња. Како и гасот, плазмата нема дефинирана форма или дефиниран волумен освен ако е затворена во сад.За разлика од гасот, под влијание на магнетно поле, може да формира структура како филаменти, зраци и двојни слоеви.
Плазмата е најбогата форма од нормална материја во универзумот (од формите кои се докажани дека постојат, побогатата темна материја е хипотетичка и може а и не може да биде објаснета од нормална материја),повеќето кои се во ретките меѓугалактички региони, особено интеркластер медиум, и во ѕвездите, вклучувајќи го и Сонцето. Чест облик на плазма на Земјата се неонските знаци.
Најмногу се дознало за плазмата преку истражувањето на контролирано јадрено соединување и фузиона енергија, чија основа за постоењето е плазмата.
Својства и праметри thumb|200px|right|Уметничка претстава на Земјината плазмена фонтана, покажувајќи кислород, хелиум и водородни јони кои се судираат во областите над половите на Земјата. Бледожолтата област прикажана горе на Северниот Пол претставува гас изгубен од Земјата во вселената, зелената област е поларната светлина, каде плазмената енергијата се влева назад во атмосферата.Plasma fountain Source, press release: Solar Wind Squeezes Some of Earth's Atmosphere into Space
Дефиниција Плазмата е електронеутрална средина од несврзани позитивни и негативни честички (значи вкупниот полнеж на плазмата е приближно нула). Важно е дека и покрај тоа што тие се несврзани, овие честички не се ‘слободни’ во смисла на недејствување на сили. Кога полнежите се движат, тие создаваат електрични струи со магнетни полиња, и како резултат на тоа, тие се под влијание на нивните полиња. Ова го уредува нивното колктивно однесување при повеќе степени на слобода. Дефиницијата може да има три критериуми:
Апроксимација на плазмата: наелектризираните честички мора да бидат блиску заедно така што секоја честичка влијае на многу блиски наелектризирани честички, наместо да заемодејствува само со најблиските честички (овие колективни ефекти се различна одлика на плазмата). Апроксимацијата на плазмата е важечка кога бројот на наелектризирани носители во сферата на влијание (наречена Дебиева сфера чиј полупречник е Дебиева проектирана должина) од единечните честички е повисока отколку од заедничкото колективно однесување од наелектризираните честички. Просечниот број од честички во Дебиевата сфера е даден од плазмениот параметар, „Λ“ ( грчката буква Ламбда). Масовно заемодејство: Дебиевата проектирана должина (дефинирана погоре) е пократка кога е споредена со физичката големина на плазмата. Овој критериум значи дека групното заемодејство како дел од плазмата е позначајно отколку она од краевите на плазмата, каде граничните ефекти се поизразени. Кога овој критериум е задоволен, плазмата е речиси неутрална. Честота на плазмата: Честотата на плазмата електронот (мерена плазмена осцилација од електрони) е поголема споредена со елекронеутралните судирни честоти (мерење на честотата од судири помеѓу електрони и неутрални честички). Кога овој услов е исполнет, доминираат електростатичките заемодејства преку процесите од обичната гасна кинетика.
Опсег на параметри
Плазмените параметри можат да имаат вредности со различни големини, сепак својствата на плазмите со очигледно различни параметри може да биде многу слична (плазмено скалирање). Следнава табела ги разгледува конвенционалните атомски плазми и неегзотични појави како што се кварк-глуновите плазми:
thumb|250px|Опсег на плазми. Густината расте градијално, температурата се зголемува кон десно. Слободните електрони во металот се сметаат за електронска плазма.
+Типични опсези на плазмените параметри: редови на големина(OOM)ОдликиЗемни плазмиКосмички плазмиГолеминаm10−6 m (лабораториски плазми) до102 m (молња) (~8 OOM)10−6 m (оклоп на вселенски летала) до1025 m (меѓугалактичка маглина) (~31 OOM)Животен векs10−12 s (ласерски добиена плазма) до107 s (флуоросцентни светла) (~19 OOM)101 s (сончеви ракети) до1017 s (меѓугалактичка плазма) (~16 OOM)Густина во честички на м3107 m−3 to1032 m−3 (инертно ограничена плазма)1 m−3 (меѓугалактички средина) до1030 m−3 (ѕвездено јадро)Температураво К~0 K (кристална не неутрална плазмаSee The Nonneutral Plasma Group at the University of California, San Diego)до108 K (магнетно соединување на плазмата )102 K (аурори) до107 K (сончево јадро)Магнетни полињаво T10−4 T (лабораториска плазма) до103 T (пулсно-моќна плазма)10−12 T (меѓугалактичка средина) до1011 T (блиски неутронски ѕвезди)
Степен на јонизација
За да постои плазма, потребна е јонизација. Поимот „густина на плазма“ укажува на „електронска густина“, што е, бројот на слободни електрони во едниница волумен. Степенот на јонизација на плазмата е пропорционален на атомите што изгубиле или добиле електрони, и е зависен од температурата. Дури и делумно јонизиран гас во кој дури 1% од честичките се јонизирани може да има одлики на плазма (реакција на магнетните полиња и високата електрична отпорност). Степенот на јонизација, , е дефиниран како , каде густината на јоните и е густината на неутралните атоми. Електронската густина е поврзана преку просечната наелектризирана состојба од јони преку , каде е бројот на густината на електроните.
Температури
Температурата на плазмата најчесто е мерена во келвини или електронволти и е , неформално, мерка на топлинска кинетичка енергија по честичка. Многу високи температури се често потребни за одржување на јонизација, која е дефинирачка одлика на плазмата. Степенот од плазмената јонизација е определен од температура на електрони релативна на јонизирачката енергија (послаба по нејзината густина), во врска наречена равенка Саха . На ниски температури, јоните и електроните се стремат да се рекомбинираат во состојба на врзани-атоми—и плазмата евентуално ќе стане гас.
Во повеќето случаи електроните се доволно блиску до топлинската рамнотежа што нивната температура е релативно добро-дефинирана, дури кога има значајно отстапување од Максвелианова енергија распределбена функција, пример, поради Ултравиолетова светлина, енергетските честички, или силните електрични полиња. Бидејќи од големата разлика во масата,електроните доаѓаат до термодинамична рамнотежа помеѓу самите нив многу побрзо отколку што тие доаѓаат во рамнотежата со јони или неутрални атоми. Поради оваа причина, температурата на јонот може да биде многу различна од (често помала од) температурата на електронот. Ова е особено заедничко во слабо јонизираните технолошки плазми, каде јоните се често блиску до собна температура.
Топлински наспроти нетоплински плазми Врз основа на релативните температури на електроните, јони и неутрони, плазмите се класификуваат како "топлински" или "нетоплински". Топлински плазми имаат електрони и цврсти честички на иста температура, тие се во топлинска рамнотежа меѓу себе. Нетоплински плазми од друга страна имаат јони и неутрони на многу пониска температура (понекогаш собна температура), при што електроните се многу "потопли" ().
Плазмата понекогаш се наведува дека е "топла" ако е приближно целосно јонизирана, или "ладна" ако само мал дел (пример 1%) од гасните молекули се јонизирани,но други дефинирања од терминот "топла плазма" и "ладна плазма" се чести. Дури и во "ладна" плазма, температурата на електронот е уште типично неколку илјади степени Целзиусови. Плазмите се користат во "плазмената технологија" ("технолошките плазми") се често ладни плазми во смисла дека само мал дел од гасните молекули се јонизирани.
Плазмен потенцијал thumb|300px|right|Молња е пример на плазма присутна на површината на Земјата. Типично, молњата испразнува 30,000 ампери amperes во 100 милиони волти, емитира светлина, радио бранови, Х-зраци, па дури и гама-зраци.See Flashes in the Sky: Earth's Gamma-Ray Bursts Triggered by Lightning Температурата на плазмата во молњата Plasma temperatures може да пристапи и електронската густина може да надмине 1024 m−3.
Со оглед дека плазмите се добри електрични спроводници, електричниот потенцијал игра важна улога.Потенцијалот постои како просечен во просторот помеѓу полните честички, независно од прашањето како може да биде мерен, е наречен "плазмен потенцијал", или "просторен потенцијал". Ако електрода се вметне во плазмата, нејзиниот потенцијал генерално ќе лежи под плазмениот потенцијак поради Дебиева обвивка. Добра електрична отпорност на плазмите ѓи прави нивните електрични полиња многу мали. Ова е резултат на важниот концепт на "квазинеутралност", која кажува дека густината од негативни полнежи е приближно еднаква до густината на позитивни полнежи преку долг волумен на плазмата (), но на скала од Дебиеава должина каде може да име нерамнотежа во полнежот. Во специјални случаи што двојни слоеви се формирани , одделувањето на полнежите може да биде продолжи некои десетици од Дебиевата должина.
Магнетудата на потенцијалите и електичните полиња мора да биде одредена на начини различни од обично наоѓање на мрежна густина на полнење. Чест пример е да се претпостави дека електронитр ја задоволуваат Болцмановата релација:
Разликувањето на оваа релација обезбедува средства да калкурира електрично поле од густина:
Можно е да се произведе плазма која не е квазинеутрална. Електронски зрак, пример, има само негативни полнежи. Густината на не неутрална плазма мора де биде многу ниска, или многу мала, поинаку ќе биде потрошена од одбивната електростатичка сила.
Во астрофизиката плазмите, Дебиевата проекција превентира електричните полиња директно да влијаат на плазмата од големи далечини, поголеми од Дебиевата должина. Сепак,постоењето на полни честички прави плазмата да генерира, под влијание на, магнетни полиња. Ова може и предизвикува екстремен комплекс на однесување, како генерирање на двојни слоеви на плазма, објект кој ги оделува полнежите преку неколку десетици Дебиеви должини. Динамичноста на плазмите интеракираат со надворешни и само-генерирани магнетни полиња учени во академска дисциплина од магнетохидродинамика.
Магнетизам Плазмата со магнетно поле доволно силно да влијае на движењето на полни честички се вика дека е магнетизирана. Заеднички квантитативен критериум е дека честичка просечно завршува најмалку едно спираловидно движење околу магнетното поле пред создавање на судирот , каде е „гирочестота на електронот“ и е "стапката на судирот на електронот". Чест е случајот електроните да бидат магнетизирани додека јоните не се . Магнетизираните плазми се анизотропични, што значи дека нивните својства во насока паралелна со магнетното поле се различни од оние нормални на него. Додека електичните полиња во плазмите се често мали поради високата спроводливост , електричното поле поврзано со плазмата што се движи во магнетно поле е дадено од (каде е електрично поле, е брзината, е магнетното поле), и не засегнато од Дебиевиот штит.Richard Fitzpatrick, Introduction to Plasma Physics, Magnetized plasmas
Споредба на плазмата и фазите на гасот