ما هي حالة المادة في ظل درجات الحرارة المرتفعة جداً كالبرق
حالة المادة في ظل درجات الحرارة المرتفعة جداً كالبرق
البلازما
هي حالة المادة في ظل درجات الحرارة المرتفعة جداً كالبرق .
تُعرف حالة المادة تحت درجات حرارة عالية جدًا مثل البرق بالبلازما، وبالتالي يتم إنتاج البلازما عن طريق تعريض المادة نفسها لدرجة حرارة عالية جدًا، أو تعريضها لجهد كهربائي عالي جدًا، كما هو الحال أيضًا في صاعقة البرق، ويطلق على البلازما “الحالة الرابعة للمادة” جنبًا إلى جنب مع المواد الصلبة والسائلة والغازية، ولا تنتشر البلازما على نطاق واسع ولكنها نادرة الحدوث على الأرض وهي توجد بكثرة في الكون، حيث تشكل أكثر من 99٪ من الكون المرئي؛ وذلك لأن الأجرام السماوية مثل النجوم والكواكب هي في الغالب بلازما، وقد أثبتت العديد من الدراسات الفلكية أن البلازما تظهر متوهجة على شكل نجوم وسدم وحتى الشفق القطبي الذي يتموج أحيانًا فوق القطبين الشمالي والجنوبي وتوجد بنسبة كبيرة في الشمس، وكذلك توجد في لافتات النيون الموجودة في الشوارع.
وتتكون مادة البلازما من وجود طاقة حركية عالية جدًا تابعة لجزيئات مشحونة، ثم تدخلها الغازات، لأن الغازات تتميز بالانتشار السريع والحركة السريعة، ويتم استخدام الغازات الخاملة في ذلك (هيليوم ونيون والأرجون والكريبتون والزينون والرادون)، من أجل إصدار شرارات متوهجة من الطاقة الكهربائية وتحويلها إلى حالة بلازما بعد التأين، وقد استخدم الباحثون خصائص البلازما كغاز مشحون لحصرها في الحقول المغناطيسية وتسخينها إلى درجات حرارة أعلى من درجة حرارة الشمس، ويعمل الباحثون في هذه الأونة على صنع رقائق الكمبيوتر منها، وتضميد الجروح وتنظيف البيئة وغيرها من التطبيقات المفيدة من البلازما.[1]
حالة المادة البلازما
البلازما
هي الحالة الرابعة للمادة، وهي عبارة عن غاز مؤين، وهو غاز يتم توفير طاقة كافية فيه لتحرير الإلكترونات من الذرات أو الجزيئات.
كما نعلم جميعنا أن المادة لها ثلاث حالات تقليدية “الصلبة، والسائلة، والغازية” ولكن هناك حالة رابعة وهي الحالة الأكثر شيوعًا للمادة في الكون، والبلازما نادرًا ما توجد على كوكب الأرض، لكنها توجد بكثرة في
الأجرام السماوية
، وتتكون النجوم أساسًا من البلازما، كما تتكون طبقة الغلاف الجوي (طبقة الأسينوسفير) للأرض من البلازما، والبلازما عبارة عن غاز تم تنشيطه لدرجة أن بعض الإلكترونات تنفصل عن نواتها ولكنها تنتقل معها، وهي شكل من أشكال المادة يتجول فيها العديد من الإلكترونات بحرية بين نوى الذرات، وعادة ما تحمل الإلكترونات الخاصة بالبلازما الشحنة السالبة، ولكل منها وحدة واحدة من الشحنة السالبة.
توجد نسبة كبيرة من المادة المرئية من الكون في حالة البلازما، مثل الشمس والنجوم وفي الفضاء بين الكواكب وبين النجوم والشفق القطبي والبرق وفي العديد من الظواهر والأجسام الأخرى، كما توجد حالة البلازما في أنابيب النيون والفلوريسنت وفي التركيب البلوري للمواد الصلبة المعدنية، بالإضافة إلى الرياح الشمسية التي توجد على الأرض فهي تحيط بها بلازما كثيفة تسمى الأيونوسفير.
يمكننا إنتاج حالة المادة البلازما في المعمل من خلال تسخين أي غاز خامل إلى درجة حرارة عالية جدًا، فتتصادم ذراته وجزيئاته ثم تتمزق الإلكترونات مما ينتج عنه الإلكترونات والأيونات المطلوبة، مثلما يحدث داخل النجوم في الفضاء، كما يمكن تكوين البلازما عن طريق عملية التأين الضوئي، وهي عبارة عن امتصاص الفوتونات من ضوء الشمس أو ضوء النجوم بواسطة غاز موجود، مما يتسبب في انبعاث الإلكترونات.
خصائص حالة البلازما
- هي أضعف وأخف حالة للمادة وتتميز بانها هشة ورقيقة.
- تتميز البلازما بوجود نوعين منها: البلازما الحرارية والبلازما غير الحرارية.
- تكون البلازما دائمًا في الحالة الغازية لأنها تحتل حيزًا في الحاوية التي توجد بها.
- توجد البلازما أيضًا في لب الشمس، والجدير بالذكر أن كثافة البلازما في لب الشمس أعلى بعشر مرات من كثافة الرصاص.
- البلازما مادة تتأثر بالمجالات الكهربائية والمغناطيسية.
- تتمتع البلازما أيضًا بالتعادل الكهربي، مما يعني أن عدد البروتونات داخل النواة يساوي عدد البروتونات خارج النواة.
- تعمل بشكل جماعي مثل السوائل ونادراً ما تصطدم الجسيمات ببعضها البعض.
تطور حالة البلازما
تطورت حالة البلازما في أوائل الخمسينات من القرن الماضي وتم إكتشاف خصائصها، واركت في دراسة البلازما عدد من المجالات مثل التفريغ الكهربي والديناميكا المائية المغناطيسية والنظرية الحركية، حيث أهتم العلماء مثل مايكل فاراداي وجوزيف جون طومسون وجون سيلي إدوارد تاونسند بظاهرة التفريغ الكهربي في إكتشاف حالة البلازما في بداية القرن الثامن عشر ووضعوا أساس لفهر حالة المادة عن طريق تلك الظاهرة التي ساعدت في تطور هذه الحالة.[2]
حالات المادة
- الحالة الصلبة.
- الحالة السائلة.
- الحالة الغازية.
- البلازما.
الحالة الصلبة:
وهي حالة تتميز بوجود المادة في شكل وحجم ثابت، ويرجع ذلك إلى ترابط الجزيئات بشكل وثيق مع بعضها البعض وحركتها البطيئة مما يؤدي إلى صعوبة التحرك من مكانها والإكتفاء بالإهتزاز فقط، كما تتميز الفجوات بين الجزيئات بصغر حجمها وصعوبة ضغطها ومعدل الإنتشار منخفض، وفي المادة الصلبة يصعب جذب الجسيمات، وغالبًا ما تكون المادة الصلبة متبلورة كملح الطعام والسكر والماس والتلج الصلب والصخور، ويتم تكوين المادة الصلبة عند تبريد السوائل (كالثلج).
الحالة السائلة:
تتميز المادة في الحالة السائلة بأنها لها حجم محدد وتأخذ شكل الإناء التي توضع فيه، وهي لها حجم ثابت ولكن ليس لها شكل ثابت؛ حيث تكون الجسيمات أقل إحكامًا وترابطًا مقارنة بالمواد الصلبة، وتتميز جزيئاتها بمساحة قليلة للحركة لذلك يصعب ضغطها، ويعتبر معدل الإنتشار في المواد السائلة أعلى من المعدل الخاص بالمواد الصلبة، وكذلك قوة جذب الجسيمات أضغف من تلك الخاصة بالمواد الصلبة، ويمكننا الحصول عليها بإسالة الغازات عن طريق التبريد مثل بخار الماء، حيث تتباطأ الجزيئات الموجودة في الغاز وتفقد الطاقة وتتحول إلى
المادة السائلة
، كما يمكن إسالة المواد الصلبة كالثلج عند تسخينه، وأيضًا الحمم المنصهرة أهم مثال على الصخور الصلبة التي تم تسييلها نتيجة للحرارة الشديدة.
الحالة الغازية:
الغاز ليس له حجم محدد ولا شكل محدد، وتكون الجسيمات متباعدة عن بعضها البعض، وقد لا توجد قوة تجاذب بين الجسيمات حيث يمكنها التحرك بحرية، وتتميز بمعدل إنتشار أكبر من المواد الصلبة والمواد الغازية، ولها أعلى درجة إنضغاط مقارنة بالمواد الصلبة والسوائل، كما أنها تمتلك طاقة حركية أعلى من المواد الصلبة والسوائل، ويمكننا رؤية بعض الغازات والشعور بها والبعض الآخر لا يمكننا الشعور به، وتنتشر الغازات في الغلاف الجوي للأرض مثل الأكسجين والهيليوم والنيتروجين والأكسجين وثاني أكسيد الكربون.
البلازما
:
وهي الحالة الرابعة للمادة، والبلازما ليس لها حجم محدد ولا شكل محدد، وغالبًا ما نجد البلازما في الغازات المتأينة، وهي حالة مختلفة عن الغازات لأنها تمتلك خصائص مختلفة، ويمكننا الحصول على البلازما من تسخين الغازات على درجات حرارة عالية جدًا وبالتالي تأين الغاز، والبلازما قد تكون موصلة للكهرباء عن طريق الشحنات الكهربائية الحرة الغير مرتبطة بالذرات أو الأيونات، وتشمل أمثلة البلازما النجوم والبرق وأضواء الفلورسنت وعلامات النيون.[3]