等离子体是一种物质状态,在这种状态下,气相被激发,直到原子电子不再与任何特定的原子核相关联。等离子体由带正电的离子和未束缚的电子组成。等离子体可以通过加热气体直至其电离或使其受到强电磁场的作用来产生。
plasma一词来自希腊语,意思是果冻或可模塑材料。这个词是由化学家欧文·朗缪尔在20世纪20年代提出的。
等离子体与固体、液体和气体一起被认为是物质的四种基本状态之一。虽然物质的其他三种状态在日常生活中很常见,但等离子体相对较少。
等离子球玩具是等离子及其行为的典型例子。等离子体也存在于霓虹灯、等离子体显示器、电弧焊炬和特斯拉线圈中。等离子体的自然例子包括闪电、极光、电离层、圣埃尔莫火和电火花。虽然在地球上不常见,但等离子体是宇宙中物质最丰富的形式(也许不包括暗物质)。恒星、太阳内部、太阳风和日冕由完全电离的等离子体组成。星际介质和星系间介质也含有等离子体。
从某种意义上说,等离子体就像一种气体,因为它具有容器的形状和体积。然而,等离子体不像气体那样自由,因为它的粒子是带电的。相反的电荷相互吸引,通常使等离子体保持一般形状或流动。带电粒子还意味着等离子体可能由电场和磁场形成或包含。等离子体的压力通常比气体低得多。
等离子体是原子电离的结果。因为所有或部分原子都有可能电离,所以电离程度不同。电离水平主要受温度控制,温度升高会增加电离度。只有1%的粒子被电离的物质可以表现出等离子体的特性,但不是等离子体。
如果几乎所有的粒子都被电离,则等离子体可分为“热”或“完全电离”,如果一小部分分子被电离,则等离子体可分为“冷”或“不完全电离”。请注意,冷等离子体的温度可能仍然非常高(数千摄氏度)!
另一种分类等离子体的方法是热等离子体或非热等离子体。在热等离子体中,电子和较重的粒子处于热平衡或相同的温度。在非热等离子体中,电子的温度比离子和中性粒子(可能在室温下)高得多。
1879年,威廉·克鲁克斯爵士首次对等离子体进行了科学描述,他提到了克鲁克斯阴极射线管中的“辐射物质”。英国物理学家J.J.汤姆森爵士用阴极射线管进行的实验使他提出了一种原子模型,其中原子由带正电(质子)和带负电的亚原子粒子组成。1928年,朗缪尔为物质的形式命名。
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