мини|десно|200п|Плазмена лампа, илуструје неке од сложенијих појава у плазми укључујући настајање влакана. Боје су последица електронских прелаза при преласку рекомбинованог атома из побуђеног у основно стање. мини|200п|Сунчева коронарна ерупција избацује огромне количине плазме у Сунчев систем. Плазма је јонизован гас са колективном интеракцијом и она се због својих јединствених особина сматра посебним агрегатним стањем материје уз чврсто, течно и гасовито стање. Молекуларно-кинетичка слика плазме врло је слична високотемпературном јонизованом гасу са јонизованим атомима и електронима, с тим да се плазма одликује и колективном интеракцијом која потиче од електромагнетног микропоља и манифестује се путем дугодометних Кулонових сила. Скоро свака гасовита супстанца на довољно високим температурама може доспети у плазмено стање. Плазма је енергетски највише агрегатно стање, а слободна наелектрисања је чине електрично проводљивом. Највећи део до сада познате видљиве материје у природи (свемиру), налази се у виду плазме.
Плазма се често назива четврто агрегатно стање. Први ју је идентификовао Вилијам Крукс 1879. године у цеви за пражњење (Круксовој цеви).Крукс је одржао предавање пред Британским удружењем за унапређење науке у Шефилду, у петак, 22. августа 1879. , Приступљено 23. 4. 2013. Природу катодних зрака у Круксовој цеви детаљније је проучио Џ. Џ. Томпсон 1897. године.Обзнањено у његовом вечерњем предавању у Краљевској институцији у петак, 30. априла 1897, и објављено у Филозофском магазину -{Philosophical Magazine}-, 44, 293 , Приступљено 23. 4. 2013. Име „плазма“ увео је Лангмир 1928. године., наводно што га је подсетила на крвну плазму.G. L. Rogoff, Ed., , Dec. 1991. Видети извод у Лангмир је написао:
„Осим у близини електрода, где постоје слојеви са врло мало електрона, јонизовани гас садржи јоне и електроне у отприлике истом броју тако да је укупно резултујуће просторно наелектрисање врло мало. Користићемо назив плазма да опишемо то подручје са уједначеним бројем јона и електрона."
Плазма обично има облик макроскопски неутралног облака или наелектрисаног јонског млаза али може исто да садржи зрнца прашине и наночестица када се назива 'прашњава плазма'. Настаје загревањем и јонизацијом гаса када долази од одвајања електрона од атома а настала наелектрисања се слободно крећу.
Уобичајене плазме
Плазме су најраспрострањенији облик постојања материје у свемиру. Постоје процене да је 99% видљивог свемира у облику плазме..
С обзиром да је простор међу звездама испуњен плазмом, мада врло ретком (видети међузвездана средина и међугалактички простор), у основи цела запремина свемира је у облику плазме (видети астрофизичка плазма). У Сунчевом систему, (планета) Јупитер највише доприноси не-плазми, само око 0,1% масе и 10−15% запремине унутар орбите Плутона. Познати плазмаш (физичар плазме) Ханес Алфвен је приметио да се због сопственог наелектрисања чак и мале честице космичке прашине понашају као јони, те тако колективно образују свемирску плазму.
Уобичајени облици плазме Вештачки створена плазма У Плазма дисплеју, укључујући модерне ТВ екране У флуоресцентним лампама (нискоенергијско осветљење), неонске лампе Издувни гасови ракетних мотора Чеона површина свемирског брода приликом уласка у атмосферу Истраживање контролисане фузије Електрични лук у лучној лампи, лук приликом заваривања Плазмена кугла (видети прву слику) Плазма за нагризање диелектричног слоја у производњи интегрисаних колаЗемаљске плазме Муња Лоптаста муња Ватра светог Елма Светлећи вртлози, спирале и др. врсте атмосферских светлуцања Јоносфера Поларна светлостСвемирске и астрофизичке плазме Сунце и друге звезде(плазме подгрејане нуклеарном фузијом) Сунчев ветар Међупланетарна средина(простор међу планетама) Међузвездана средина(простор међу звездама) Међугалактички простор(простор међу галаксијама) Јо-Јупитерови флуксни канали Акрециони дискови Међузвездане небуле
Дефиниција плазме
Реч плазма (πλασμα) је грчког порекла и значи остварење, дело. Ирвинг Лангмјур је плазмом назвао светлећи, високојонизовани део електричног пражњења. Иако се уместо назива плазма врло често користи назив јонизовани гас, она има додатне карактеристике које је разликују гасовитог стања са наелектрисаним честицама.
Нека супстанца је плазма по дефиницији, ако се налази у гасовитом стању, ако је део честица ове супстанце јонизован и ако је у супстанци присутна колективна интеракција која потиче од електромагнетних микропоља свих честица, а манифестује се Кулоновим силама. Како ове силе имају дуг домет, колективна интеракција постоји и за процентуално нискојонизоване плазме.
Критеријуми плазменог стања
мини|десно|200п|Земљина "плазмена фонтана": бледожуто подручје изнад северног пола показује јоне хелијума, кисеоника и водоника који напуштају Земљу и губе се у свемирском пространству. Зелено подручје представља поларну светлост или плазми која се улива у земљину атмосферу.Plasma fountain , press release: Solar Wind Squeezes Some of Earth's Atmosphere into Space Важна особина плазме је макроскопска квазинеутралност, која представља карактеристику плазме да је она у макроскопском погледу приближно неутрална средина, тј. да је сума позитивног и негативног наелектрисања у елементу запремине једнака нули. С друге стране, плазму карактерише постојање равнотежних стационарних стања у процесима јонизације и рекомбинације. На основу ових особина плазме долази се и до основа за постављање критеријума плазменог стања. Да би неки високојонизовани гас могао бити плазма, морају бити испуњена два критеријума: Димензије простора који заузима плазма морају бити много веће од димензија њене Дебајеве сфере.
Овај услов потиче од тога што на растојањима реда Дебајевог радијуса може доћи до нарушења макроскопске квазинеутралности због термалног кретања. Плазмене фреквенције морају бити много веће од тоталних колизионих фреквенција.
Плазмене фреквенције потичу од колективне интеракције и оне доводе систем у стање макроскопске квазинеутралности. Како у плазми долази до судара, утицај колизионих процеса на плазмене фреквенције мора бити мали, како би особина квазинеутралности могла бити очувана у плазми у којој су судари чести.
Параметри плазме
Плазму можемо квантитативно окарактерисати помоћу низа параметара. Плазмени параметри су: Конституенти или компоненте плазме Битни чиниоци плазме су носиоци наелектрисања - електрони и јони. Због њих плазма представља медијум добре електричне проводљивости, а самим тим због присуства нестационарног електричног поља, ствара се и магнетно поље и долази и до емисије електромагнетних таласа. У конституенте плазме спадају електрони и тешки конституенти који могу бити различити неутрални атоми, молекули и јони произвољног степена јонизације. Концентрација Плазма се карактерише концентрацијом, где се разликује концентрација различитих честица и укупна концентрација. Стање плазме у датој тачки простора у тренутку времена окарактерисано је концентрацијама честица, електрона, јона, молекула, атома и радикала и функцијама које показују расподелу честица по брзинама и по енергијама. Средње растојање Средње растојање је параметар плазме који је обрнуто пропорционалан трећем корену концентрације плазме: Температура Разликује се температура целе плазме или само појединачних типова честица. Температура сваке честице дефинисана је њеном средњом термичком енергијом која је сразмерна са kТ (где је k Болцманова константа).
Параметри плазме који су у тесној вези са саставом плазме су: Топлотна проводност Вискозност
Спољашњи параметри су повезани за извор напајања којим се прави лабораторијска плазма или спољашњи извор као што је поље. То могу бити: Јачина струје Напон пражњења Електрична проводљивост Спољашње поље (електрично, магнетно, гравитационо)
Други параметри плазме могу бити и: Ефикасни пресеци
Ефикасни пресеци су параметри који се мере као расподеле по угловима или расподеле само по енергији. Димензије Мери се колики део простора заузима плазма према околном простору.
Типови плазме
На основу расподеле температуре, издвајају се следећи типови плазме: Плазма у тоталној термодинамичкој равнотежи
Плазма је у стању тоталне термодинамичке равнотеже ако су температуре свих честица међусобно једнаке и не постоје градијенти ни температуре ни концентрације. Плазма у локалној термодинамичкој равнотежи У случају да постоје области малих димензија у којима локално постоји термодинамичка равнотежа, тада кажемо да је плазма у стању локалне термодинамичке равнотеже и такав модел се веома често примењује на лабораторијске плазме вишег притиска. Изотермна плазма Плазма се назива изотермном када све врсте честица имају исту температуру, али постоји температурни градијент. Неизотермна плазма Неизотермна плазма је она плазма код које различите честице имају различите температуре у некој физички бесконачно малој области простора.
Када је плазма у термодинамичкој равнотежи, било да је реч о комплетној или локалној термодинамичкој равнотежи, њено стање се може описати температуром као макроскопским параметром и саставом плазме који је одређен термодинамичким константама. Када нема термодинамичке равнотеже, стање плазме одређују унутрашњи параметри као што су константе појединачних реакција, и спољашњи параметри.
Лабораторијске плазме нису у стању тоталне термодинамичке равнотеже најчешће због постојања градијента температуре и честица. Плазма у стању комплетне термодинамичке равнотеже не би била занимљива са аспекта спектроскопије и зрачења, јер би сва израчена енергија била и апсорбована од стране самог система.
Ако се гасна плазма посматра као средина погодна за одигравање хемијских реакција тада се на основу њених карактеристика (температуре, притиска гаса и електронске густине) разликују два типа: Нискотемпературне плазме (до 105 K, односно до 10 -{eV}-) Нискотемпературне плазме су неравнотежне, нетермичке, хладне и карактеришу се одсуством термодинамичке равнотеже, односно температура електрона је знатно виша од температуре тежих честица, јона и неутрала и не постоји јединствена температура плазме. Електронска густина износи 1010-1012cm−3, а притисак је мањи од 1 bar. Састав овакве плазме израчунава се коришћењем кинетичких модела. Активирање реактаната у хемијским реакцијама врше електрони који имају високе енергије и у нееластичним сударима са честицама гаса граде јоне, атоме и друге продукте дисоцијације и јонизације. Ови продукти су веома реактивни и могу реаговати на различите начине дајући разноврсне продукте.
Нискотемпературне плазме различитих врста електричних пражњења разликују се у вредностима енергија електрона, притисцима гаса и у величини електричног поља тако да избор пражњења одређује хемијску промену коју желимо да постигнемо. За реакције крековања и дисоцијације погодне су плазме тињајућег или радиофреквентног пражњења док за реакције кондензације и полимеризације се користе плазме у којима је енергија електрона нижа као нпр. у корона пражњењу. Високотемпературне плазме (изнад 106 K, односно изнад 100 -{eV}-) Високотемпературне плазме називају се и термичке, равнотежне или вруће плазме. Карактеришу се постојањем локалне термодинамичке равнотеже, односно плазма се може окарактерисати јединственом температуром, Т. Електронска густина, nе, износи 1014-1016cm−3, а притисак гаса је већи од 1 bar.
Дебајев радијус