Самое распространенное агрегатное состояние вещества во вселенной.

Нет, это, как ни странно, не газ, не жидкость и, уж тем более, не твердое тело. Это четвертое состояние под названием плазма.

Плазма – такое особенное газообразное состояние, при котором атомы «разобраны» на части – свободные электроны и положительные ионы или голые атомные ядра. По этой причине, в отличие от газа, плазма хорошо проводит электрический ток и подвергается влиянию магнитных полей. Этот «суп» из разноименных заряженных частиц, из которого состоят звезды и большая часть межзвездного пространства, является в масштабах вселенной самым распространенным веществом.

Так как количество положительных и отрицательных зарядов в плазме уравновешено, то, можно сказать, что она электрически нейтральна, как единое целое. Однако, если мы это равновесие чем-то локально нарушим, например, запустив извне электромагнитную волну (фонариком посветить на плазму захотим😁) то это внешнее электромагнитное поле будет смещать заряды, и запустятся плазменные колебания частиц вокруг их привычного места нахождения.

Как получить такой интересный ионизированный газ?
Атомам нужен сильный энергетический пинок, чтобы электроны из них вылетели.

1️⃣ Самое банальное – нагреть до экстремально высоких температур – миллионы кельвинов. При таких температурах атомы имеют настолько большую энергию и настолько сильно сталкиваются друг с другом, что уже не могут удерживать электроны, и их электронные оболочки разрушаются, высвобождая свободные электроны наружу.

2️⃣ Пропустить через газ электрический ток. Простые газоразрядные устройства (трубки, лампы и т. д.), в которых тоже находится плазма. Подробнее про ионизацию газа я рассказывал, когда писал про сварку.

3️⃣ Бомбардировать газ, электромагнитными волнами (например, лазер), в результате чего электроны выбиваются из атома, и дальше по цепочке ионизируют другие атомы.

4️⃣ Создать ударную волну или взрыв, при которой воздух сильно сжимается и нагревается до очень высоких температур, при которых см. п.1.

Многие, наверняка, при слове «плазма» представляют себе тот самый стеклянный шар, прикасаясь к которому можно наблюдать разряды, идущие к пальцам. Да, там действительно находится холодная плазма, образованная по п. 2. В центре стоит электрод, на который подается переменное напряжение высокой частоты, а вокруг него газ, который при возбуждении и ионизации может светиться красивыми цветами. Второй электрод – это Земля, но не напрямую, а через воздух и предметы, на которых стоит установка. Поэтому в спокойном состоянии разряд очень слабый и мы видим тонкие, хаотично расположенные нити. Но стоит нам прикоснуться – возникает молния от центрального электрода к нашим пальцам, т.к. мы служим отличным проводником к тому самому второму электроду – Земле. От удара током нас, кстати, спасает та самая стеклянная оболочка шара. Вот такая нехитрая игрушка.

В описанных ранее здесь природных явлениях тоже образуется плазма:

🔵При полярном сиянии частицы, прилетевшие из космоса, не только возбуждают, но и частично ионизируют разреженные слои атмосферы, и там образуется разреженная плазма.

🔵При грозе молния разогревает окружающий воздух до высоких температур, да еще и ионизирует – благоприятные условия для образования такого вещества.

Зачем вообще нужна плазма, и зачем ее изучать?

Конечно, если бы она была нужна только лишь для создания игрушек для детей и газоразрядных ламп, сварки и других повседневных и промышленных применений, никто бы не стал создавать целый раздел физики, изучающей это состояние. Главная цель – обуздать горячую плазму, чтобы освоить и научиться управлять новым, гораздо более мощным, по сравнению с другими, источником энергии, о котором мы еще поговорим подробнее.