Plasma: erinevus redaktsioonide vahel

[[Pilt:plasma fountain.gif|pisi|200px|Kunstniku ettekujutus Maa "[[plasmafontäänist]]", mis näitab hapniku, heeliumi ja vesiniku ioone, mis purskuvad Maa pooluste lähedalt kosmosesse. Õrnalt kollane ala põhjapoolusest ülalpool tähistab Maalt kosmosesse kaduvat gaasi; roheline ala tähendab [[virmalised|virmalisi]], kus plasma energia siseneb tagasi atmosfääri.<ref>Plasma fountainname="Ul7WQ" [http://pwg.gsfc.nasa.gov/istp/news/9812/solar1.html Source], press release: [http://pwg.gsfc.nasa.gov/istp/news/9812/solarwind.html Solar Wind Squeezes Some of Earth's Atmosphere into Space]</ref>]]

Sageli defineeritakse plasmat kui ioniseeritud gaasi, mis on peaaegu elektriliselt neutraalne (laeng on võrdne nulliga või väga väike) ja mis koosneb märkimisväärsel hulgal elektriliselt laetud osakestest, mis on suutelised muutma kogu süsteemi elektrilisi omadusi ja käitumist.<ref name="Fridman">{{cite book|author=A. Fridman|title=Plasma Chemistry|url=http://books.google.com/books?id=ZzmtGEHCC9MC|publisher=Cambridge University Press|year=2008|isbn=0521847353}}</ref> On oluline ära märkida, et need osakesed ei ole "vabad". Laengute liikudes tekitavad nad [[elektrivool]]u, mis tekitab omakorda magnetvälja, mille kaudu osakesed mõjutavad teineteist. See juhib omakorda nende kollektiivset käitumist suure arvu [[vabadusaste|vabadusastmetega]].<ref name="Sturrock" />{{cite<ref book |titlename=Plasma"6H4B6" Physics:/> AnPlasmat Introductiondefineeritakse toka thejärgnevate Theorykriteeriumite ofabil Astrophysical,(kui Geophysicalaine &olek Laboratoryvastab Plasmas.nendele |last=Sturrockkriteeriumitele, |first=Peteron A.tegemist |year=1994plasmaga):<ref |publishername=Cambridge"Hazeltine" University Press |isbn=0521448107}}</ref><ref>{{cite book |titlename=The"iRb8F" Framework of Plasma Physics |author=Hazeltine, R.D.; Waelbroeck, F.L. |year=2004 |publisher=Westview Press. |isbn=0738200476}}/>

#'''Plasmalähendus''': laetud osakesed peavad olema teineteisele küllalt ligidal, nii et üksnes kõige lähema osakesega interakteerumise asemel mõjutab iga osake mitut teist ligidal asuvat ühtaegu (taolised kollektiivsed nähtused ongi plasma eripäraks). Plasmalähendus peab paika, kui laengukandjate arv konkreetse osakese mõjuraadiuse (ehk [[Debye kaugus]]e,{{#tag:ref|Debye kaugust nimetatakse ka ''ekraneerimiskauguseks'' või ''polarisatsioonikauguseks''.<ref name="FK-33" />|group="nb"}} mis moodustab "Debye kera")<ref name="FK-33">{{Viide| perekonnanimi=Frank-Kamenetski| eesnimi=David| aasta=1971| pealkiri=Plasmaolek – aine neljas olek| väljaandmise koht=Tallinn| kirjastaja=Valgus| lehekülg=33}}</ref> ulatuses ühest suurem, et eksisteeriks laetud osakeste kollektiivne käitumine. Debye sfääri jääv keskmine osakeste arv on määratud [[plasma parameeter|plasma parameetriga]] "Λ" (suur [[kreeka tähestik|kreeka täht]] [[lambda]]).

#'''Plasmasagedus''': elektronide [[plasmasagedus]] (mis mõõdab elektronide laengutiheduse kiireid võnkumisi ehk [[plasmavõnkumine|plasmavõnkumisi]]{{#tag:ref|Plasmavõnkumisi nimetatakse ka ''elektrostaatilisteks võnkumisteks'' või ''Langmuiri võnkumisteks'' (nende esmakordse käsitleja ja plasmafüüsika rajaja [[Irving Langmuir]]i auks).<ref name="FK-23-24" />|group="nb"}})<ref name="FK-23-24">{{Viide| perekonnanimi=Frank-Kamenetski| eesnimi=David| aasta=1971| pealkiri=Plasmaolek – aine neljas olek| väljaandmise koht=Tallinn| kirjastaja=Valgus| leheküljed=23–24}}</ref> on elektron-neutraalne põrkesagedusega (mis mõõdab elektronide ja neutraalsete osakeste põrgete sagedust) võrreldes suur. Kui see tingimus on täidetud, on elektrostaatilised interaktsioonid gaaside tavaliste kineetikaprotsessidega võrreldes domineerivad.

[[Pilt:Plasma scaling.svg|pisi|250px|'''Plasmade ulatused'''. Elektronide kontsentratsioon kasvab vertikaalsuunas alt üles, temperatuur kasvab horisontaalsuunas vasakult paremale. Vabu elektrone metallis võib lugeda elektronplasmaks.<ref>{{cite journal|authorname=Peratt,"9tlT0" A. L.|bibcode=1996Ap&SS.242...93P |title=Advances in Numerical Modeling of Astrophysical and Space Plasmas|year=1966|journal=Astrophysics and Space Science|volume=242|issue=1–2|pages=93–163|doi=10.1007/BF00645112}}</ref>]]

|~0 K (kristalliline mitteneutraalne plasma<ref>See [http://sdphca.ucsd.edu/ The Nonneutral Plasma Group] at the University of California, Sanname="NRfa9" Diego</ref>) kuni<br>10⁸ K (''magnetic fusion'' plasma)

Plasma temperatuuri mõõdetakse enamasti [[kelvin]]ites või [[elektronvolt]]ides ning on – mitteformaalselt – soojusliku kineetilise energia mõõduks osakese kohta. Ionisatsiooni alal hoidmiseks on tavaliselt vaja väga kõrgeid temperatuure, mis on üheks plasmat eristavaks omaduseks. Plasma ionisatsiooniaste on määratud "elektrontemperatuuri" ja [[ionisatsioonienergia]] suhtega (ning nõrgemalt tihedusega). Seda seost nimetatakse [[Saha võrrand]]iks. Madalatel temperatuuridel kipuvad ioonid ja elektronid rekombineeruma aatomiteks<ref name="Nicholson">{{cite book |title=Introduction to Plasma Theory |last=Nicholson |first= Dwight R. |year=1983 |publisher=John Wiley & Sons |isbn=047109045X}}</ref> ja plasma muutub pikapeale gaasiks.

[[Pilt:Lightning over Oradea Romania 3.jpg|pisi|300px|[[Äike]] on näide Maa pinnal esinevast plasmast. Tüüpiliselt tekib äikese 100 miljoni voldise pinge juures 30 000 amprine vool ning samaaegselt kiiratakse valgust, raadiolaineid, röntgeni- ja isegi gammakiirgust.<ref>See [http://www.nasa.gov/vision/universe/solarsystem/rhessi_tgf.html Flashes in the Sky: Earth's Gamma-Ray Bursts Triggered byname="Ehcfh" Lightning]</ref> Plasma temperatuurid äikeses võivad ulatuda u. 28 000 kelvinini ja elektronide tihedus võib olla suurem kui 10²⁴ m⁻³.]]

Plasmat, mis omab laetud osakeste mõjutamiseks piisavalt tugevat [[magnetväli|magnetvälja]], nimetatakse magnetiseerituks. Tavaliseks kvantitatiivseks kriteeriumiks on, et osake jõuab enne põrget teha keskmiselt ühe tiiru ümber magnetvälja [[jõujoon]]e: ω_ce/ν_coll > 1, kus ω_ce on elektroni "güromagnetiline sagedus"{{#tag:ref|Güromagnetilist sagedust nimetatakse ka ''tsüklotronsageduseks'' või ''Larmori sageduseks'' ([[Joseph Larmor]]i järgi).<ref name="FK-66" />|group="nb"}}.<ref name="FK-66">{{Viide| perekonnanimi=Frank-Kamenetski| eesnimi=David| aasta=1971| pealkiri=Plasmaolek – aine neljas olek| väljaandmise koht=Tallinn| kirjastaja=Valgus| lehekülg=66}}</ref> ja ν_coll on elektronide kokkupõrkesagedus. Tihti juhtub, et elektronid on magnetiseerunud, kuid ioonid mitte. Magnetiseerunud plasmad on [[anisotroopia|anisotroopsed]]: plasma omadused on magnetväljaga piki- ja ristisuunas erinevad. Kuigi plasmas asuvad elektriväljad on suure elektrijuhtivuse tõttu tavaliselt väikesed, on magnetväljas liikuva plasma elektrivälja võrrandiks '''E''' = −'''v''' × '''B''' (kus '''E''' on elektriväli, '''v''' kiirus ja '''B''' [[magnetiline induktsioon]]) ning Debye ekraneerimine ei mõjuta plasmat.<ref>Richard Fitzpatrick,name="ZhF2U" ''Introduction to Plasma Physics'', [http://farside.ph.utexas.edu/teaching/plasma/lectures/node10.html Magnetized plasmas]</ref>

| '''Väga väike''': õhk on suurepärane [[isolaator]] kuni elektrivälja tugevuseni 30 kilovolti sentimeetri kohta, millest suurematel tugevustel tekib gaaslahendus ja muututakse plasmaks.<ref>{{cite web|urlname=http://hypertextbook.com/facts/2000/AliceHong.shtml|title=Dielectric Strength of Air|year=2000|first=Alice|last=Hong|work=The Physics"hwDPZ" Factbook}}</ref>

Plasma on vaieldamatult kõige levinum [[agregaatolek]] universumis, nii massi kui ka ruumala poolest.<ref>Tihti on väidetud, et enam kui 99% ainest universumis on plasma. Vaata näiteks {{cite book|authorname=D. A. Gurnett, A. Bhattacharjee|title=Introduction to Plasma Physics: With Space and Laboratory Applications|year=2005|url=http://books.google.com/?id=VcueZlunrbcC&pg=PA2|page=2|isbn=0521364833|publisher=Cambridge University Press|location=Cambridge, UK}} and {{cite book|author=K Scherer, H Fichtner, B Heber|title=Space Weather: The Physics Behind a Slogan|year=2005|url=http://books.google.com/?id=irHgIUtLi0gC&pg=PA138|page=138|isbn=3540229078|publisher=Springer|location=Berlin}} Põhimõtteliselt pärineb kogu kosmiline valgus tähtedelt, mis on sellise temperatuuriga plasmad, et kiirgamine toimub nähtavatel lainepikkustel. Enamik tavalisest (ehk [[barüon]]-) ainest universumis paikneb siiski [[galaktikatevaheline keskkond|galaktikatevahelises keskkonnas]], mis on samuti plasma, kuid palju kuumem ning kiirgab seetõttu valdavalt [[röntgenikiirgus]]t. Praegune teaduslik konsensus on, et umbes 96% kogu energiatihedusest ei ole plasma ega ka muu tavaaine vaid kombinatsioon [[külm tumeaine|külmast]] [[tumeaine]]st <!--[[cold dark matter]]--> ja"ZMs2p" [[tumeenergia]]st.</ref> Kõik [[Täht (astronoomia)|tähed]] koosnevad plasmast ning isegi tähtedevaheline ruum on täidetud plasmaga, ehkki väga hõredaga. Meie Päikesesüsteemis haarab planeet [[Jupiter]] enda alla kõige suurema osa ''mitte''plasmat: vaid 0,1% massist ja 10⁻¹⁵% ruumalast [[Pluuto]] orbiidi piiridesse jäävas süsteemi osas. Väga väikesed plasmaterad gaasilises plasmas korjavad enda külge ka summaarse negatiivse laengu, mille tulemusena nad käituvad kui väga raske ioonne komponent<!--(see [[dusty plasma]]s)-->.

*[[Fluorestsentslamp]]ides ja [[neoonsilt]]ides<ref>[http://ippex.pppl.gov/fusion/glossary.html IPPEX Glossary of Fusionname="FiPjE" Terms]</ref>

<caption>Plasmade karakteristikud <ref name="caltech">[http://www.pma.caltech.edu/Courses/ph136/yr2004/ Peatükk 19: ''The Particle Kinetics of Plasma'']</ref></caption>

<tr bgcolor="#eeeeee"align=center><td>'''Plasma'''</td><td>'''Elektronide kontsentratsioon'''<br>''n''_e(m^-3−3)</td><td>'''Elektronide temperatuur'''<br> ''T''(K)</td><td>'''[[Magnetiline induktsioon]]'''<br>''B''(T)</td><td>'''[[Debye raadius]]'''<br>''λ''_D(m)</td></tr>

Viirud (inglise ''striations'') või niidilaadsed struktuurid<ref>{{cite journal|authorname=Dickel,"x0tSM" J. R.|bibcode=1990BAAS...22..832D |title=The Filaments in Supernova Remnants: Sheets, Strings, Ribbons, or?|year=1990|journal=Bulletin of the American Astronomical Society|volume= 22|page=832}}</ref> esinevad mitmetes plasmades, näiteks [[plasmakera]]des, [[virmalised|virmalistes]],<ref>{{cite journal|authorname=Grydeland,"f9dMg" T., ''et al.''|doi=10.1029/2002GL016362|title=Interferometric observations of filamentary structures associated with plasma instability in the auroral ionosphere|year=2003|journal=Geophysical Research Letters|volume=30|issue=6|page=71|bibcode=2003GeoRL..30f..71G}}</ref> [[välk|välgus]],<ref>{{cite journal|authorname=Moss,"urlLr" Gregory D., ''et al.''|doi=10.1029/2005JA011350|title=Monte Carlo model for analysis of thermal runaway electrons in streamer tips in transient luminous events and streamer zones of lightning leaders|year=2006|journal=Journal of Geophysical Research|volume=111|issue=A2|pages=A02307|bibcode=2006JGRA..11102307M}}</ref> [[kaarlahendus]]tes, [[protuberants]]ides<ref>{{cite journal|authorname=Doherty,"JiGI1" Lowell R.|doi=10.1086/148107|title=Filamentary Structure in Solar Prominences|year=1965|journal=The Astrophysical Journal|volume=141|page=251|last2=Menzel|first2=Donald H.|bibcode=1965ApJ...141..251D}}</ref> ja [[supernoova]]de jäänukites.<ref>[http://web.archive.org/web/20091005084515/http://seds.lpl.arizona.edu/messier/more/m001_hst.html Hubblename="yCWcS" views the Crab Nebula M1: The Crab Nebula Filaments]</ref> Nad on mõnikord seotud suurte [[voolutihedus]]tega, ning vastasmõju magnetväljaga võib tekitada ''[[magnetnöör]]iks'' (inglise ''magnetic rope'') nimetatavaid struktuure.<ref>{{cite journal|authorname=Zhang,"sNLJU" Yan-An, ''et al.''|bibcode=2002ChA&A..26..442Z |title=A rope-shaped solar filament and a IIIb flare|year=2002|journal=Chinese Astronomy and Astrophysics|volume=26|issue=4|pages=442–450|doi=10.1016/S0275-1062(02)00095-4}}</ref> Atmosfäärirõhul suure võimsusega mikrolainete toimel tekkinud läbilöök toob samuti kaasa filamendiliste<!--filamentary--> struktuuride tekke.<ref name="mwbrkdwn" />{{cite journal|author=Jean<!-Pierre-(Vaata Boeuf,ka Bhaskar Chaudhury, and Guo Qiang Zhu[[pintš]])-->

Järskude gradientidega kitsad lehed võivad eraldada erinevate omadustega (nagu magneetumus, tihedus ja temperatuur) piirkondi, põhjustades kärjelaadsete struktuuride tekke. Selle näiteid leiab [[magnetosfäär]]ist, [[heliosfäär]]ist ja heliosfääri ''current sheet'''ist. Hannes Alfvén kirjutas: "Kosmoloogilisest vaatepunktist on kõige olulisemaks uueks avastuseks komoseuuringutes arvatavasti ruumi kärgstruktuur. Nagu on igas ''in situ'' mõõdetavas piirkonnas nähtud, eksisteerib hulk "kärjeseinu", elektrivoolu lehti, mis jagavad ruumi erineva magneetumuse, temperatuuri, tihedusega jne. sektsioonideks."<ref>Originaaltsitaat: name="From the cosmological point of view, the most important new space research discovery is probably the cellular structure of space. As has been seen in every region of space accessible to in situ measurements, there are a number of 'cell walls', sheets of electric currents, which divide space into compartments with different magnetization, temperature, density, etc.2yFWR" Raamatust: {{cite book|author=Hannes Alfvén|title=Cosmic Plasma|year=1981|chapter=section VI.13.1. Cellular Structure of Space|isbn=9027711518|publisher=Dordrecht}}</ref>

Üheks ülikülmade plasmade eeliseks on nende hästi teadaolevad ja häälestatavad algtingimused, kaasa arvatud suurus ja elektronide temperatuur. Reguleerides ioniseeriva laseri lainepikkust on võimalik vabastatud elektronide kineetilist energiat häälestada kuni 0,1 kelvinini, piir mis on määratud laseri impulsi sagedusriba laiusega. Ioonid pärivad neutraalsete aatomite millikelvinilised temperatuurid, kuid soojenevad kähku ''disorder induced heating'''uks (DIH) nimetatava protsessi kaudu. Seda sorti mittetasakaaluline ülikülm plasma areneb kiiresti ning ilmutab veel mitmeid teisi huvitavaid nähtusi.<ref>{{cite book|urlname=http://books.google.com/?id=rHo6IbakG2kC&pg=PA190|pages=190–193|title=Plasma"ZZB5R" science: advancing knowledge in the national interest|author=National Research Council (U.S.). Plasma 2010 Committee|publisher=National Academies Press|year=2007|isbn=0309109434}}</ref>

Plasmade elektrilise jõu tugevus ja ulatus ning hea elektrijuhtivus tavaliselt garanteerivad, et positiivsed ja negatiivsed laengud igas suuremas piirkonnas on võrdsed (kvaasineutraalsus). Olulise laengutiheduse ülejäägiga, või äärmisel juhul ainult üht sorti osakestest koosnevat, plasmat nimetatakse ''mitteneutraalseks''. Sellises plasmas on elektriväljad domineerivas rollis. Taolise plasma näideteks on osakeste kiired, elektronpilv [[Penningi lõks]]us ja [[positron]]<nowiki/>plasmad.<ref>{{cite journal|authorname=R."mpTar" G. Greaves, M. D. Tinkle, and C. M. Surko|doi=10.1063/1.870693|title=Creation and uses of positron plasmas|year=1994|journal=Physics of Plasmas|volume=1|issue=5|page=1439|bibcode = 1994PhPl....1.1439G}}</ref>

{{reflistviited|colwidth=30em}}|allikad=