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科普丨什么是等離子體

長瑋 >《文件夾1》

2017.10.16

關(guān)注

大家好，我是科普君，今天我要為大家介紹一個(gè)神奇的物種——等離子體。

說起等離子體，可能很多人只會聯(lián)想到等離子電視！可是如果科普君告訴你，宇宙中99%都是等離子體，你會不會驚訝地張大嘴巴？

等離子體是中國大陸的叫法，它的英文名是“plasma”，plasma有血漿的意思，因此臺灣稱它為“電漿”。

然而，這還不是全部……

等離子體還有一個(gè)更霸氣的名字噢！

請叫我——物質(zhì)第四態(tài)！

物質(zhì)第四態(tài)？什么鬼？小學(xué)老師曾經(jīng)語重心長地跟俺說物質(zhì)有三種狀態(tài)——固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)，什么時(shí)候又冒出來一個(gè)第四態(tài)？

別急別急，聽科普君慢慢解釋給你聽……

為了解釋方便，讓我們用水來做例子。

當(dāng)溫度在0℃以下時(shí)，水會呈現(xiàn)固態(tài)，就是“冰”。當(dāng)溫度在0℃到100℃之間，水會變成液態(tài)，也就是“水”。當(dāng)溫度上升到100℃以上，水就會變成氣態(tài)，也就是“水蒸氣”。

那么問題來了，如果溫度繼續(xù)升高，加到幾千度，幾萬度，水會變成什么？

哎呦，這個(gè)老師都沒有教過，倫家腫么知道！快憋墨跡，公布答案吧！

好好好……馬上公布答案！

我是答案君

加熱到上萬度之后會變成物質(zhì)的第四個(gè)狀態(tài)——等離子體！

科普君，你越說我越糊涂了，物質(zhì)的第四狀態(tài)究竟是什么樣子？

簡單來說，第四狀態(tài)就是帶電的氣體！

從哪里來的電呢？

要理解這個(gè)電的來源，就要深入到物質(zhì)的內(nèi)部去看一看！

物質(zhì)都是由原子組成的，而原子則由原子核和電子組成。原子核帶正電，電子帶負(fù)電；它們之間相互吸引。

由于原子核的質(zhì)量一般比電子的質(zhì)量大得多，所以一般是電子繞原子核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，就好比地球受到太陽的吸引繞太陽作圓周運(yùn)動(dòng)一樣。

OK！了解了以上知識后，請跟我一起想象以下畫面……

在普通條件下，原子中的電子會圍繞著原子核運(yùn)動(dòng)。當(dāng)物質(zhì)被加熱到足夠高的溫度時(shí)，原子中的電子就會獲得非常大的動(dòng)能。

當(dāng)電子的動(dòng)能大于原子核對它的約束能時(shí)，電子就會擺脫原子核的束縛，成為“自由自在”運(yùn)動(dòng)的自由電子；而原子核則會因?yàn)槭ヒ粋€(gè)電子，變成帶一個(gè)單位正電荷的“離子”。

我們把這種過程稱為“電離”。

當(dāng)足夠多的原子電離，那么物質(zhì)對外就會呈現(xiàn)帶電的特性。即物質(zhì)會變成帶電的氣體。

由于“離子”和“自由電子”是從一個(gè)中性的原子中分離出來的，所以離子和電子的電荷數(shù)總體上是相等的。

這種既呈現(xiàn)帶電性，同時(shí)宏觀上正負(fù)離子數(shù)相等的物質(zhì)，我們稱之為“等離子體”。

您也可以這樣理解：

等離子體 = 正負(fù)離子數(shù)相等的帶電氣體

哈哈，我終于明白等離子體是個(gè)什么東東了！

可是，你說宇宙中99%都是等離子體，我怎么沒有感覺呢？

這是由于我們居住的地球環(huán)境溫度較低，而天然的等離子體都存在于遠(yuǎn)離人群的地方，如閃電、極光等。

在我們的地球之外，等離子體是幾乎所有可見物質(zhì)的存在形式，大氣外側(cè)的電離層、日地空間的太陽風(fēng)、太陽日冕、太陽內(nèi)部、星際空間、星云及星團(tuán)，毫無例外的都是等離子體。

據(jù)印度天體物理學(xué)家沙哈的計(jì)算，宇宙中的99.9%的物質(zhì)都是等離子體！

哇哦，好驚人的數(shù)字！不過可惜它們都離我們太遠(yuǎn)了。

真想近一點(diǎn)看看等離子體是什么樣子！

哈哈，其實(shí)我們身邊也有等離子體呀！

在哪里？我怎么沒有見過？

隨著科技的發(fā)展，人造的等離子體也越來越多地出現(xiàn)在我們的周圍。比如說日光燈、霓虹燈、

等離子體顯示器等等，里面發(fā)光的全是等離子體。

你造嗎？蠟燭的火焰也是等離子體，只是我們平時(shí)不這么叫它而已。

下面這張圖展示了一些等離子體的分布：

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指數(shù)增長的邏輯...

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等離子是什么？

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