亿帮常识网 问答 物质的第四态(等离子体)

物质的第四态(等离子体)

等离子体又被称为物质的第四态,在1929年,由汤克斯(L.Tonks)和兰米尔(I.Langmuir)定义和描述的等离子体,现在已成为下述科学向前发展的基础,如能量的直接转换、空间推进装罝、通讯、武器系统、工业加工和基础研究。

在一定的压力下,随着温度的升高,物质的状态依次为固态、液态和气态。当气体温度进一步升高时•其中许多、甚至全部分子或原子将电离为正离子和电子。处于高度电离状态的粒子集合体称为等离子体。等离子体中正电荷总数和负电荷总数总是相等的,故等离子体在宏观上是电中性的。

等离子体与固、液、气三态相比,在组成和性质上有本质区别,前者由带电粒子组成,是一种导电流体•粒子之间存在库仑力,其运动受到磁场的影响和支配;后者由电中性的分子或原子组成•通常不导电,因此,等离子体是有别于普通气体的一种物质的聚集状态,被称为物质的第四态。

宇宙中99%的物质是以等离子体的形式存在太阳和所有恒星、呈云都是等离子体。地球上空的电离层、闪电、极光以及电弧、日光灯等都与等离子体有关。

电离层也是等离子体.从60英里到几百英里的高度包围着地球,电离层使世界范围的通讯成为可能.短波和其他无线电频率在电离层与地球之间来回反射.从而传播到全世界。

等离子体的另一个特性是,经常不断地重新排列它们的正的和负的电荷,以便保持电中性.在这方面它们是成功的,以致自外界引进的带电粒子,从不能“看到”等离子体的内部电场.这个特性对热离子二极管很有利,一种将热直接转变为电的新品种电子管.它有两个置于真空管内的电极,外面由导线接通.如果某一电极充分加热,它就给出电子,事实上这意味着较冷的电极失去电子,经由外导线到达热电极,并在此项交易中获得一个净正电荷.从热电极游离出来的电子现在看到这个电荷,并立即冲向它去,完成电路的接通,造成电流的流动。

这种工作对于低电压和低电流非常好,但当科学家试图提高电压和电流时,就发生一些没有想到的情况,许多电子聚集在电极之间的空隙处,组成叫做空间电荷的负电荷,开始限制甚至削弱电子的流动.因此,为了获得更高的功率,必须中和空间电荷,这可用等离子体填充两个电极之间的空隙来达到.今天,许多热离子二极管使用等离子体能产生达500瓦的功率,其热源可以是燃烧的煤,聚焦的日光。

等离子体也能以另一种方式用于产生电能。

鉴于等离子体组成粒子的多样性、反应基础过程的特异性以及等离子体与固体表面扣互作用的复杂性,等离子体技术在化学、化工领域中得到了广泛的应用。等离子体化学提供了新的合成工艺,用于制备各种单质和化合物,可制成单晶、多晶和非晶体等超细、超硬材料,可以赋予材枓光、电、声、磁和化学等各种功能,可实现高聚物的等离子聚合、等离子降解和表面改性等。

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