Plasma (fysikk)

Plasma er regnet som den fjerde aggregattilstand og er oftest en gassaktig substans. Kraftig oppheting av gass vil føre til at atomene i gassen blir ioinisert (antall elektroner øker eller blir redusert). Dette fører til at gassen vil bestå av frie ladede partikler slik som elektroner, protoner samt ladede atomer (ioner) av ulike slag. Plasma påvirkes kraftig av elektromagnetiske felt.

Lyn er et eksempel på plasma i jordens atmosfære

Foto: Mircea Madau

De frie ladningene gjør at plasma leder elektrisitet svært godt og kan overføre elektrisk strøm (ladninger) over store avstander. Strømføring i plasma vil også indusere magnetiske felt, og magnetfeltene virker tilbake på plasmaet og presser plasmaet sammen til filamenter.

Slike filamenter av elektrisk ledende plasma kalles birkelandstrømmer etter den norske vitenskapsmannen Kristian Birkeland.

Plasmaets elektriske og magnetiske egenskaper kan foruten filamenter også generere partikkelstråler og elektromagnetisk stråling (radiobølger, lys, mikrobølger, røntgenstråler, gammastråler samt synkrotronstråling). Plasma separerer seg fra andre plasma med ulike karakteristika og grenseflaten mellom de to plasmaene kalles et dobbeltlag. Over dobbeltlaget er det gjerne et sterkt elektrisk felt og en tilsvarende stor endring i det elektriske potensialet.

Plasma ble først identifisert i utladningsrør og beskrevet av William Crookes i 1879. Plasmaets identitet ble fastslått av den britiske fysikeren J.J. Thomson i 1897 og fikk navnet «plasma» av Irving Langmuir i 1928.

Vanlige plasma

Plasma er den mest vanlige aggregatformen for materie i universet. Enkelte anslår om lag 99% av hele det synlige universet til å være plasma.

Solen og andre stjerner består hovedsakelig av plasma, og siden solen inneholder både kjerner og elektroner, danner de elektrisk polariserte (ioniserte) lag. Det er også påvist at rommet mellom stjernene også er fylt av plasma, riktignok et svært fortynnet plasma.

Kunstig produserte plasma	Jordplasma	Astrofysiske plasma
Plasma i plasmaskjermer Fluoriserende lamper Lysstoffrør Buelamper Plasmaballer	Lyn Kulelyn Sankt Elms ild Ionosfæren Nordlys	Solen og stjerner Solvinden Interplanetarisk materie Interstellar materie Intergalaktisk materie

Plasmaegenskaper og parametre

Plasmaegenskaper avhenger sterkt av summen av en del viktige parametre slik som ioniseringsgrad, plasmatemperaturen, tettheten og magnetfeltene i området der plasmaet er.

Definisjon av plasma

Plasma beskrives ofte som et elektrisk nøytralt medium av positive og negative partikler. Imidlertid må også de ladede partikler være nære nok hverandre, slik at hver ladet partikkel påvirker mange andre ladede partikler, heller enn bare å interagere med de nærestliggende partikler.

Dette gir plasmaet kollektive egenskaper: Et plasma fungerer som en helhet, med unntak av yttergrensene av plasmaet, der grenseeffekter kan forekomme.

Videre må frekvensen av de elektriske svingningene av elektroner være stor i forhold til frekvensen av kollisjoner mellom elektroner og nøytrale partikler. Når dette inntreffer, vil plasmaet ha god evne til å skjerme ladninger raskt.

Ioniseringsgrad

For at plasma skal kunne eksistere, er ionisering nødvendig. Graden av ionisering av et plasma er bestemt av hvor stor andel av atomene som har mistet eller tatt opp elektroner. Dette styres i hovedsak av temperaturen. Selv en delvis ionisert gass hvor så lite som 1 % av partiklene er ionisert, kan ha plasmaegenskaper, altså reagere på magnetfelter og være elektrisk ledende.

Faseoverganger i materie

Til Fra	Faststoff	Væske	Gass	Plasma
Faststoff		Smelting	Sublimasjon
Væske	Frysing		Fordampning
Gass	Deposisjon	Kondensasjon		Ionisering
Plasma			Plasma-rekombinasjon