دسته‌بندی نشده

فیزیک پلاسما و کاربردهای اعجاب انگیز آن

پلاسما به محیط دارای ذرات باردار مانند یون و الکترون و همچنین دارای ذرات با بار خنثی اطلاق میشود، که رفتار آنها جمعی است یعنی تمام این ذرات با هم مرتبط هستند و رفتار کلی محیط به همه انواع ذرات مرتبط است. پلاسما در روی زمین به گاز یونیزه شده گفته میشود، مثلا اگر گاز آرگون را طبق شکل زیر وارد مشعل کنیم در نوک آن حالت پلاسما ایجاد خواهد شد.

خورشید رعد

تصویر خورشید و رعد مثالهایی از حالت پلاسما

اغلب دانشمندان و کیهان شناسان بر این عقیده اند که 99% ماده موجود در جهان در حالت پلاسما است. این تخمین تقریبا درستی است مثلا همین که ازاتمسفر زمین بالاتر برویم با پلاسما مواجه خواهیم شد که شامل کمربند تشعشعی وان آلن و بادهای خورشیدی است. برای پلاسما پدیده شفق قطبی که حاصل از طوفانهای خورشیدی است یا رعد و برق یا حتی خود خورشید را میتوان مثال آورد.

 

شفق قطبی

تصویر شفق قطبی بعنوان پلاسما

تاریخچه پلاسما: در سال 1879 فیزیکدان انگلیسی سر ویلیام کروکس، هنگام بررسی ویژگی‌های ماده در تخلیهٔ الکتریکی، گازی را کشف کرد که دارای حالتی خاص بوده و پیشنهاد کرد آنرا پلاسما نام گذاری کنند. البته کشور آمریکا و روسیه فیزیک پلاسما را تا چندیدن سال مخفی نگه داشتند. بسیاری از پیشرفتهای در این زمینه نیز هنوز مخفی هستند.

حفاظ دبای یکی از مشخصات پلاسما ست که بصورت: اگر دو جسم باردار که دارای اتصال به یک منبع الکتریکی مانند باتری هستند و یک میدان الکتریکی در داخل محیط پلاسما ایجاد کنند بلافاصله توسط ذرات با بار مخالف داخل پلاسما جذب شده و این عمل را حفاظ دبای نامیده اند، یعنی پلاسما در داخل خود تحت تاثیر میدان الکتریکی قرار نمگیرد.

1

تصویر مشعل پلاسما، حالت پلاسما نوک مشعل ایجاد میشود

کاربردهای پلاسما از زمانیکه فیزیک پلاسما از حالت سری خارج شده به سرعت گسترش یافته است مثلا در تبدیل انرژی هیدرومغناطیس دینامیکی MHD و پیشرانش یونی که پلاسما به داخل میدان مغناطیسی رانده میشود و اساس موتور های یونی که قرار است برای فضاپیماها استفاده شود را شکل میدهد.

پلاسما را به چندین نوع مختلف دسته بندی میکنند که بر حسب چگالی آنها در کتاب پایه های فیزیک پلاسما اثر بلان به سه دسته تقسیم میشوند:

پلاسمای ذوب نشده زمینی که چگالی آن از چگالی هوا در شرایط STP کمتر است

پلاسمای ذوب شده زمینی

پلاسمای فضایی

در زیر به چندین کاربرد پلاسما اشاره خواهد شد:

لامپ پلاسما (توپ پلاسما) کره، لوله و یا گوی، بسته به شکل) یک گوی شیشه ای روشن در مرکز پر شده با مخلوطی از گازهای مختلف نجیب با یک الکترود ولتاژ بالا معمولا رشته های پلاسما از الکترود داخلی به مقره شیشه ای بیرونی گسترش، دادن ظاهر پرتوهای متعدد ثابت نور رنگی (تخلیه کرونا و تخلیه الکتریکی) را میتوانید ببینید .

لامپ2

لامپ پلاسما توسط نیکولا تسلا پس از آزمایش های خود را با جریان های فرکانس بالا در یک لوله شیشه ای تخلیه به منظور بررسی پدیده ولتاژ بالا ابداع شد.

لامپ1

موتور های یونی، پلاسمای کاملا یونیزه که دارای اتمهای باردار است، این اتمهای باردار توسط میدان مغناطیسی به سمت عقب سفینه رانده این مانند دافعه بارهای هم نام آهنربا است. این رگبار منظم خارج شونده از سفینه ، نیروی پرتاب لازم برای حرکت به جلوی سفینه را در فضا ایجاد می‌کند. این موتور ها فقط در خلا کار میکنند. این موتورها سوخت بسیار کمتر نسبت به موتورهای سوخت مایع یا جامد مصرف میکنند.

q274

66845_2

جوشکاری پلاسما که از مشعل پلاسما برای ایجاد پلاسما در نوک آن و اعمال حرارت برای قطعات با ضخامت بالا استفاده میشود جالب است که این روش معمولا توسط ماشین انجام میگیرد چون دمای اطراف دستگاه آنقدر بالا میرود که انسان توانایی تحمل نرا ندارد. این روش یکی از روشهای خوب جوشکاری محسوب میشود اما گران است.

images_2014_figure_3

روش آنالیز شیمیایی پلاسما که در آن از مشعل پلاسما برای یونیزه کردن ماده مجهول استفاده و توسط تجهیزات دیگر تشعشعات حاصله را بررسی و میزان ماده را تا حد یک میلی گرم در یک لیتر محاسبه میکنند که این روش هم اکنون برای آنالیز تومورهای سرطانی استفاده میشود.

LIBS-MoreInfo2-300x238

تصویر آنالیز شیمیایی پلاسما پروب شناسایی نارنجی رنگ است

پلاسما پدیده جدیدی یرای انسان و شناخت او از کیهان و جهان اطرافش خواهد بود .


تهیه و تنظیم: خانه علم و دانش تاربام

 

 

درباره نویسنده

Ehsan Akbari

دانشجوی دانشگاه تهران در مقطع ارشد مهندسی مواد، علاقه مند به فیزیک کوانتوم و نجوم هستم. امیدوارم مطالبی که ارائه میدهم بتواند مفید واقع گردد.

2 دیدگاه در ”فیزیک پلاسما و کاربردهای اعجاب انگیز آن

  1. سلام باتشكر از مطالب خوبتون،ميشه لطفا راجع به آناليز تومورهاي سرطاني كه توسط روش آناليز شيميايي در مطلب بالا گفتين يه خورده بيشتر توضيح بدين؟منتظر شما هستم. ممنون

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

* Copy This Password *

* Type Or Paste Password Here *