等離子態(tài)

等離子態(tài)常被稱為超氣態(tài)，它和氣體有很多相似之處，比如，沒(méi)有確定形狀和體積，具有流動(dòng)性，但等離子也有很多獨(dú)特的性質(zhì)。普通氣體由電中性的分子或原子組成，而等離子體則是帶電粒子和中性粒子的集合體。等離子體和普通氣體在性質(zhì)上更是存在本質(zhì)的區(qū)別。

首先，等離子體是一種導(dǎo)電流體，但是又能在與氣體體積相比擬的宏觀尺度內(nèi)維持電中性；

其次，氣體分子間不存在凈電磁力，而等離子體中的帶電粒子之間存在庫(kù)侖力；

再者，作為一個(gè)帶電粒子體系，等離子體的運(yùn)動(dòng)行為會(huì)受到電磁場(chǎng)的影響和支配。

因此，等離子體是完全不同于普通氣體的一種新的物質(zhì)聚集態(tài)。 應(yīng)當(dāng)指出，并非任何的電離氣體都是等離子體。眾所周知，只要絕對(duì)溫度不為零，任何氣體中總存在有少量的分子和原子電離。嚴(yán)格地說(shuō)來(lái)，只有當(dāng)帶電粒子的密度足夠大，能夠達(dá)到其建立的空間電荷足以限制其自身運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶電粒子才會(huì)對(duì)體系性質(zhì)產(chǎn)生顯著的影響，換言之，這樣密度的電離氣體才能夠轉(zhuǎn)變成等離子體。除此之外，等離子體的存在還有其特征的空間和時(shí)間限度，如果電離氣體的空間尺度L不滿足等離子體存在的空間條件L>>D（德拜長(zhǎng)度D為等離子體宏觀空間尺度的下限）的空間限制條件，或者電離氣體的存在的時(shí)間不滿足>>p（等離子體的振蕩周期p為等離子體存在的時(shí)間尺度的下限）時(shí)間限制條件，這樣的電離氣體都不能算作等離子體。

等離子體和普通氣體的最大區(qū)別是它是一種電離氣體。由于存在帶負(fù)電的自由電子和帶正電的離子，有很高的電導(dǎo)率，和電磁場(chǎng)的耦合作用也極強(qiáng)，帶電粒子可以同電場(chǎng)耦合，帶電粒子流可以和磁場(chǎng)耦合。描述等離子體要用到電動(dòng)力學(xué)，并因此發(fā)展起來(lái)一門叫做磁流體動(dòng)力學(xué)的理論。

組成粒子和一般氣體不同的是，等離子體包含兩到三種不同組成粒子，自由電子，帶正電的離子和未電離的原子。這使得我們針對(duì)不同的組成定義不同的溫度，電子溫度和離子溫度。輕度電離的等離子體，離子溫度一般遠(yuǎn)低于電子溫度，稱之為低溫等離子體。高度電離的等離子體，離子溫度和電子溫度都很高，稱為高溫等離子體。對(duì)于理想等離子體，離子之間的相互作用可以忽略，其狀態(tài)方程較簡(jiǎn)單，已趨于完善。在超高溫下，原子完全電離，離子和電子都可以采用理想氣體狀態(tài)方程描述；當(dāng)溫度不太高時(shí)，離子部分電離，可以采用Saha方程及其修正模型描述；原子在高度壓縮狀態(tài)下，其狀態(tài)方程可以采用Thomas-Fermi模型及其改進(jìn)模型得到。對(duì)于非理想等離子體，離子之間存在強(qiáng)耦合，還沒(méi)有單一的理論模型能夠在任意密度和溫度范圍內(nèi)，對(duì)離子之間的相互作用進(jìn)行統(tǒng)一描述 。

氣體電離的機(jī)制有很多種不同的方法，當(dāng)氣體加熱到數(shù)千攝氏度時(shí)，氣體中分子間的碰撞，就會(huì)是其中一部分分子或原子發(fā)生電離現(xiàn)象，并且電離度會(huì)隨溫度的升高而迅速增大，這種電離被稱為熱電離或熱平衡電離。除了用高溫的方法使物質(zhì)電離以外，還能用紫外線、X射線、丙種射線以及電磁場(chǎng)來(lái)照射氣體，這樣也可以使氣體發(fā)生電離，從而轉(zhuǎn)變成等離子態(tài)。只是在這種情況下，等離子體中的各種離子之間通常不能達(dá)到熱平衡，是一種非熱平衡的電離。

相比于一般氣體，等離子體組成粒子間的相互作用也大很多。

人們常年看到的閃電、流星以及熒光燈點(diǎn)亮?xí)r、火焰燃燒（只有部分高溫火焰才是真正的等離子體,其他大部分日常生活中見(jiàn)到的火焰，都是激發(fā)態(tài)的氣體分子）時(shí)，它們都是處于等離子態(tài) 。人類可以利用它放出大量能量產(chǎn)生的高溫，切割金屬、制造半導(dǎo)體元件、進(jìn)行特殊的化學(xué)反應(yīng)。在茫茫無(wú)際的宇宙空間里，等離子態(tài)是一種普遍存在的狀態(tài)。宇宙中大部分發(fā)光的星球內(nèi)部溫度和壓力都很高，這些星球內(nèi)部的物質(zhì)差不多都處于等離子態(tài)。只有那些昏暗的行星和分散的星際物質(zhì)里才可以找到固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)的物質(zhì)。

等離子態(tài)是由等量的帶負(fù)電的電子和帶正電的離子組成，我們通常稱處于等離子態(tài)的物質(zhì)為等離子體。等離子體在宇宙中廣泛存在。用人工方式也可以產(chǎn)生等離子體，如霓虹燈放電、原子核聚變、紫外線和X射線照射氣體，都可以產(chǎn)生等離子體。

等離子體在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和軍事上都有廣泛的用途，如利用等離子弧進(jìn)行切割、焊接、噴涂、利用等離子體制造各種新穎的光源和顯示器等。如果利用這種顯示器制造電視，那么電視機(jī)可以像畫一樣掛在墻上。用等離子體技術(shù)處理高分子材料，包括塑料和紡織物，既能改變材料的表面性質(zhì)，又能保留原材料的優(yōu)異性能，而且無(wú)污染。在軍事上可以利用等離子體來(lái)規(guī)避探測(cè)系統(tǒng)，用于飛機(jī)等武器裝備的隱形。

（等離子態(tài)，電漿，英文：Plasma）大家常見(jiàn)的霓虹燈，在它點(diǎn)亮以后，燈管里的氣體就被電離了，成為電子與離子的混合物——等離子體。極光，是我們看見(jiàn)的大自然里的等離子體。人們把大氣圈分為對(duì)流層、平流層、中間層、電離層和散逸層，這電離層就是等離子體。電離層能反射短波無(wú)線電波，使它能傳播到地球上很遠(yuǎn)的地方。由于存在電離出來(lái)的自由電子和帶電離子，等離子體具有很高的電導(dǎo)率，與電磁場(chǎng)存在極強(qiáng)的耦合作用。等離子態(tài)在宇宙中廣泛存在，常被看作物質(zhì)的第四態(tài)（也稱之為超氣態(tài)） 。等離子體由克魯克斯在1879年發(fā)現(xiàn)，“Plasma"這個(gè)詞，由朗廖爾在1928年最早采用。

一般氣體的速率分布滿足麥克斯韋分布，但等離子體由于與電場(chǎng)的耦合，可能偏離麥克斯韋分布。2100433B

物質(zhì)的一般情況下，物質(zhì)都有三態(tài)，如水的三態(tài)為冰、水、水蒸氣，分別

為固體，液體和氣體。當(dāng)然，物質(zhì)還有其他兩種存在的形態(tài)，叫做等離子態(tài)和超固態(tài)。處于等離子態(tài)的物質(zhì)叫做等離子體，處于超固態(tài)的物質(zhì)叫做超固體。

物體狀態(tài)“等離子態(tài)”

原子是由原子核和電子組成的，通常情況下電子都圍繞著原子核旋轉(zhuǎn)。然而在幾千攝氏度以上的高溫中，氣態(tài)的原子開(kāi)始拋掉身上的電子，于是帶負(fù)電的電子開(kāi)始自由自在地游逛，而原子也成為帶正電的離子。溫度愈高，氣體原子脫落的電子就愈多，這種現(xiàn)象叫做氣體的電離化?？茖W(xué)家把電離化的氣體，叫做“等離子態(tài)”。除了高溫以外，用強(qiáng)大的紫外線、X射線和丙種射線來(lái)照射氣體，也可以使氣體轉(zhuǎn)變成等離子態(tài)。也許你感到這種等離子態(tài)很稀罕吧！其實(shí)，在廣漠無(wú)邊的宇宙中，它是最普遍存在的一種形態(tài)。因?yàn)橛钪嬷写蟛糠值陌l(fā)光的星球，它們內(nèi)部的溫度和壓力都高極了，這些星球內(nèi)部的物質(zhì)幾乎都處在等離子態(tài)。這是物質(zhì)的第四種狀態(tài)。處于等離子態(tài)的物質(zhì)，電子與原子核“身首異處”，彼此離開(kāi)。

物體狀態(tài)“超固態(tài)”

在白矮星里面，壓力和溫度更高了。在幾百吉帕氣壓的壓力下，不但原子之間的空隙被壓得消失了，就是原子外圍的電子層也都被壓碎了，所有的原子核和電子都緊緊地?cái)D在一起，這時(shí)候物質(zhì)里面就不再有什么空隙，這樣的物質(zhì)，科學(xué)家把它叫做“超固態(tài)”。白矮星的內(nèi)部就是充滿這樣的超固態(tài)物質(zhì)。在我們居住著的地球的中心，那里的壓力達(dá)到350吉帕左右，因此也存在著 一定的超固態(tài)物質(zhì)。

物體狀態(tài)“中子態(tài)”

假如在超固態(tài)物質(zhì)上再加上巨大的壓力，那么原來(lái)已經(jīng)擠得很緊的原子核和電子，就不可能再緊了，這時(shí)候原子核只好宣告解散，從里面放出質(zhì)子和中子。從原子核里放出的質(zhì)子，在極大的壓力下會(huì)和電子結(jié)合成為中子。這樣一來(lái)，物質(zhì)的構(gòu)造發(fā)生了根本的 變化，原來(lái)是原子核和電子，現(xiàn)在卻都變成了中子。這樣的狀態(tài)，叫做“中子態(tài)”。中子態(tài)物質(zhì)的密度更是嚇人，它比超固態(tài)物質(zhì) 還要大十多萬(wàn)倍呢！一個(gè)火柴盒那么大的中子態(tài)物質(zhì)，重30億噸，要有960000多臺(tái)重型火車頭才能拉動(dòng)它！在宇宙中，估計(jì)只有少 數(shù)的恒星，才具有這種形態(tài)的物質(zhì)。