Мисля, че всеки знае трите основни състояния на материята: течно, твърдо и газообразно. Сблъскваме се с тези състояния на материята всеки ден и навсякъде. Най-често те се разглеждат на примера на водата. Течното състояние на водата е най-познато за нас. Постоянно пием течна вода, тя тече от нашия кран, а ние самите сме 70% течна вода. Второто агрегатно състояние на водата е обикновен лед, който виждаме на улицата през зимата. В газообразна форма водата също може лесно да бъде открита Ежедневието. В газообразно състояние водата, както всички знаем, е пара. Вижда се, когато например сварим чайник. Да, точно при 100 градуса водата преминава от течна в газообразна.

Това са трите състояния на материята, които са ни познати. Но знаете ли, че всъщност има 4 от тях? Мисля, че всеки е чувал думата „ плазма" И днес искам да научите повече за плазмата - четвъртото състояние на материята.

Плазмата е частично или напълно йонизиран газ с еднаква плътност както на положителните, така и на отрицателните заряди. Плазмата може да се получи от газ - от 3-то агрегатно състояние на вещество чрез силно нагряване. Състоянието на агрегация като цяло всъщност напълно зависи от температурата. Първото агрегатно състояние е най-ниската температура, при която тялото остава твърдо, второто агрегатно състояние е температурата, при която тялото започва да се топи и става течно, третото агрегатно състояние е най- топлина, когато веществото се превърне в газ. За всяко тяло, вещество, температурата на преход от едно агрегатно състояние към друго е напълно различна, за някои е по-ниска, за някои по-висока, но за всички тя е строго в тази последователност. При каква температура веществото се превръща в плазма? Тъй като това е четвъртото състояние, това означава, че температурата на преход към него е по-висока от тази на всяко предишно. И наистина е така. За да се йонизира газ, е необходима много висока температура. Най-нискотемпературната и нискойонизирана (около 1%) плазма се характеризира с температура до 100 хиляди градуса. При земни условия такава плазма може да се наблюдава под формата на светкавица. Температурата на канала на мълнията може да надхвърли 30 хиляди градуса, което е 6 пъти по-високо от температурата на повърхността на Слънцето. Между другото, Слънцето и всички други звезди също са плазма, най-често високотемпературна. Науката доказва, че около 99% от цялата материя във Вселената е плазма.

За разлика от нискотемпературната плазма, високотемпературната плазма има почти 100% йонизация и температура до 100 милиона градуса. Това наистина е звездна температура. На Земята такава плазма се среща само в един случай - за експерименти с термоядрен синтез. Управлението на реакцията е доста сложно и енергоемко, но неконтролираната реакция е доста ранна - действаше като оръжие с колосална мощ - термоядрена бомба, тествана от СССР на 12 август 1953 г.

Плазмата се класифицира не само по температура и степен на йонизация, но и по плътност и квазинеутралност. Колокация плътност на плазматаобикновено означава електронна плътност, тоест броят на свободните електрони на единица обем. Е, с това мисля, че всичко е ясно. Но не всеки знае какво е квазинеутралитет. Квазинеутралността на плазмата е едно от най-важните й свойства, което се състои в почти точното равенство на плътностите на положителните йони и електрони, включени в нейния състав. Поради добрата електрическа проводимост на плазмата, разделянето на положителни и отрицателни заряди е невъзможно на разстояния, по-големи от дължината на Дебай и на моменти, по-големи от периода на плазмените трептения. Почти цялата плазма е квазинеутрална. Пример за неквазинеутрална плазма е електронен лъч. Плътността на неутралните плазми обаче трябва да е много малка, в противен случай те бързо ще се разпаднат поради отблъскване на Кулон.

Разгледахме много малко земни примери за плазма. Но има доста от тях. Човекът се е научил да използва плазмата за собствена полза. Благодарение на четвъртото агрегатно състояние на материята можем да използваме газоразрядни лампи, плазмени телевизори, зоо-рами, електродъгово заваряване, лазер-рами. Конвенционалните газоразрядни флуоресцентни лампи също са плазмени. В нашия свят има и плазмена лампа. Използва се главно в науката за изучаване и, най-важното, за виждане на някои от най-сложните плазмени явления, включително филаментация. Снимка на такава лампа може да се види на снимката по-долу:

В допълнение към домашните плазмени устройства, на Земята често може да се види и естествена плазма. Вече говорихме за един от нейните примери. Това е мълния. Но в допълнение към светкавицата, плазмените явления могат да бъдат наречени северно сияние, „огънят на Свети Елмо“, йоносферата на Земята и, разбира се, огънят.

Забележете, че огънят, светкавицата и други проявления на плазмата, както я наричаме, горят. Какво причинява такова ярко излъчване на светлина от плазмата? Плазменото сияние се причинява от прехода на електрони от високоенергийно състояние към нискоенергийно състояние след рекомбинация с йони. Този процес води до излъчване със спектър, съответстващ на възбудения газ. Ето защо плазмата свети.

Бих искал също така да говоря малко за историята на плазмата. В края на краищата, някога само такива вещества като течния компонент на млякото и безцветния компонент на кръвта са се наричали плазма. Всичко се промени през 1879 г. През тази година известният английски учен Уилям Крукс, докато изучава електрическата проводимост на газовете, открива феномена плазма. Вярно, това състояние на материята е наречено плазма едва през 1928 г. И това е направено от Ървинг Лангмюр.

В заключение искам да кажа, че такъв интересен и мистериозен феномен като кълбовидна мълния, за който съм писал повече от веднъж в този сайт, разбира се, също е плазмоид, като обикновената мълния. Това е може би най-необичайният плазмоид от всички земни плазмени явления. В крайна сметка има около 400 различни теории за кълбовидната мълния, но нито една от тях не е призната за наистина вярна. В лабораторни условия подобни, но краткотрайни явления са получени от няколко различни начини, така че въпросът за природата на кълбовидната мълния остава открит.

Обикновената плазма, разбира се, също е създадена в лаборатории. Някога това беше трудно, но сега подобен експеримент не е особено труден. Тъй като плазмата твърдо навлезе в нашия ежедневен арсенал, те експериментират много с нея в лабораториите.

Най-интересното откритие в областта на плазмата бяха експериментите с плазма при нулева гравитация. Оказва се, че плазмата кристализира във вакуум. Това се случва по следния начин: заредените плазмени частици започват да се отблъскват и когато имат ограничен обем, те заемат пространството, което им е определено, разпръсквайки се в различни страни. Това е доста подобно на кристална решетка. Това не означава ли, че плазмата е затварящото звено между първото състояние на материята и третото? В крайна сметка тя се превръща в плазма поради йонизацията на газа, а във вакуум плазмата отново става твърда. Но това е само мое предположение.

Плазмените кристали в космоса също имат доста странна структура. Тази структура може да се наблюдава и изучава само в космоса, в реалния вакуум на космоса. Дори ако създадете вакуум на Земята и поставите плазма там, гравитацията просто ще компресира цялата „картина“, която се образува вътре. В космоса плазмените кристали просто излитат, образувайки триизмерна триизмерна структура със странна форма. След изпращането на резултатите от наблюдението на плазмата в орбита на учените на Земята се оказа, че вихрите в плазмата странно повтарят структурата на нашата галактика. Това означава, че в бъдеще ще бъде възможно да се разбере как се е родила нашата галактика чрез изучаване на плазмата. Снимките по-долу показват същата кристализирана плазма.

Това е всичко, което бих искал да кажа по темата за плазмата. Надявам се да ви заинтересува и изненада. В крайна сметка това е наистина невероятно явление, или по-скоро състоянието е 4-то агрегатно състояние на материята.

Всяко вещество се състои от молекули и неговите физични свойства зависят от това как са подредени молекулите и как взаимодействат помежду си. IN обикновен животНаблюдаваме три агрегатни състояния на материята – твърдо, течно и газообразно.

Например водата може да бъде в твърдо (лед), течно (вода) и газообразно (пара) състояние.

Газсе разширява, докато запълни целия обем, който му е разпределен. Ако разгледаме газ на молекулярно ниво, ще видим молекули, които хаотично се движат и се сблъскват една с друга и със стените на съда, които обаче практически не взаимодействат една с друга. Ако увеличите или намалите обема на съда, молекулите ще бъдат равномерно преразпределени в новия обем.

За разлика от газа, при дадена температура той заема фиксиран обем, но също така приема формата на пълен съд - но само под нивото на повърхността му. На молекулярно ниво течността най-лесно се разглежда като сферични молекули, които, въпреки че са в близък контакт една с друга, са свободни да се търкалят една около друга, като кръгли мъниста в буркан. Изсипете течност в съд и молекулите бързо ще се разпространят и напълнят долна частобем на съда, в резултат течността ще приеме формата си, но няма да се разпространи в целия обем на съда.

Твърдиима собствена форма и не се разпространява в целия обем на контейнераи не приема формата си. На микроскопично ниво атомите са прикрепени един към друг чрез химически връзки и техните позиции един спрямо друг са фиксирани. В същото време те могат да образуват както твърди подредени структури - кристални решетки, така и неподредена бъркотия - аморфни тела (това е структурата на полимерите, които изглеждат като заплетени и лепкави макарони в купа).

По-горе бяха описани три класически агрегатни състояния на материята. Има обаче четвърто състояние, което физиците са склонни да класифицират като агрегат. Това е плазмено състояние. Плазмата се характеризира с частично или пълно отстраняване на електрони от техните атомни орбити, докато самите свободни електрони остават вътре в веществото.

Можем да наблюдаваме промените в агрегатните състояния на материята със собствените си очи в природата. Водата от повърхността на резервоарите се изпарява и се образуват облаци. Така течността се превръща в газ. През зимата водата в резервоарите замръзва, превръщайки се в твърдо състояние, а през пролетта отново се топи, превръщайки се отново в течност. Какво се случва с молекулите на едно вещество, когато то преминава от едно състояние в друго? Променят ли се? Молекулите на лед, например, различни ли са от молекулите на парата? Отговорът е ясен: не. Молекулите си остават абсолютно същите. Тяхната кинетична енергия се променя и съответно свойствата на веществото.

Енергията на молекулите на парата е достатъчно висока, за да се разлетят в различни посоки и когато се охлади, парата кондензира в течност и молекулите все още имат достатъчно енергия, за да се движат почти свободно, но не достатъчно, за да се откъснат от привличането на други молекули и да отлети. При по-нататъшно охлаждане водата замръзва, превръщайки се в твърдо тяло, а енергията на молекулите вече не е достатъчна дори за свободно движение в тялото. Те вибрират около едно място, задържани от притегателните сили на други молекули.

За да разберете какво е агрегатното състояние на дадено вещество, помнете или си представете себе си през лятото близо до река със сладолед в ръце. Прекрасна картина, нали?

И така, в тази идилия, освен да получавате удоволствие, можете да извършвате и физическо наблюдение. Обърнете внимание на водата. В реката тя е течна, в сладоледа е твърда, а в небето под формата на облаци е газообразна. Тоест, той е едновременно в три различни състояния. Във физиката това се нарича агрегатно състояние на материята. Има три агрегатни състояния - твърдо, течно и газообразно.

Промени в агрегатните състояния на материята

Можем да наблюдаваме промените в агрегатните състояния на материята със собствените си очи в природата. Водата от повърхността на резервоарите се изпарява и се образуват облаци. Така течността се превръща в газ. През зимата водата в резервоарите замръзва, превръщайки се в твърдо състояние, а през пролетта отново се топи, превръщайки се отново в течност. Какво се случва с молекулите на едно вещество, когато то преминава от едно състояние в друго? Променят ли се? Молекулите на лед, например, различни ли са от молекулите на парата? Отговорът е ясен: не. Молекулите си остават абсолютно същите. Тяхната кинетична енергия се променя и съответно свойствата на веществото.Енергията на молекулите на парата е достатъчно висока, за да се разлетят в различни посоки и когато се охлади, парата кондензира в течност и молекулите все още имат достатъчно енергия, за да се движат почти свободно, но не достатъчно, за да се откъснат от привличането на други молекули и да отлети. При по-нататъшно охлаждане водата замръзва, превръщайки се в твърдо вещество и енергията на молекулите вече не е достатъчна дори за свободно движение в тялото. Те вибрират около едно място, задържани от притегателните сили на други молекули.

Естеството на движението и състоянието на молекулите в различни състояния на материята може да бъде отразено в следната таблица:

Състояние на материята	Свойства на материята	Разстояние на частиците	Взаимодействие на частиците	Естество на движението	Ред на подреждане
	Не запазва форма и обем	Много повече размерисамите частици		Хаотично (безредно) непрекъснато. Те летят свободно, понякога се сблъскват.	разхвърлян
Течност	Не запазва форма, запазва обема	Сравнимо с размера на самите частици		Те се люлеят около равновесното положение, постоянно прескачайки от едно място на друго.	разхвърлян
Твърди	Поддържа форма и обем	Малък в сравнение с размера на самите частици	Много силен	Непрекъснато осцилира около равновесното положение	В определен ред

Процеси, при които има промяна в агрегатните състояния на веществата, общо шест.

Преходът на веществото от твърдо към течно състояние се нарича топене, обратен процес - кристализация. Когато дадено вещество премине от течност в газ, то се нарича изпаряване, от газ към течност - кондензация. Преходът от твърдо състояние директно към газ, заобикаляйки течното състояние, се нарича сублимация, обратен процес - десублимация.

• 1. Топене
• 2. Кристализация
• 3. Изпаряване
• 4. Кондензация
• 5. Сублимация
• 6. Десублимация

Примери за всички тези преходиВие и аз сме виждали това повече от веднъж в живота си. Ледът се топи, образувайки вода, водата се изпарява, образувайки пара. IN обратна странапарата, кондензирайки, се превръща обратно във вода, а водата, замръзвайки, става лед. И ако мислите, че не познавате процесите на сублимация и десублимация, тогава не бързайте със заключенията. Миризмата на всяко твърдо тяло не е нищо повече от сублимация. Някои молекули излизат от тялото, образувайки газ, който можем да подушим. Пример за обратния процес са шарките върху стъклото през зимата, когато парата във въздуха, замръзвайки, се утаява върху стъклото и образува странни шарки.

Агрегатни състояниявещества(от латинското aggrego - прикрепям, свързвам) - това са състояния на едно и също вещество, преходите между които съответстват на резки промени безплатна енергия, плътност и други физични параметри на материята.
Газ (френски gaz, произлизащ от гръцкото chaos - хаос)- Това състояние на материята, при което силите на взаимодействие на неговите частици, запълващи целия осигурен от него обем, са пренебрежимо малки. В газовете междумолекулните разстояния са големи и молекулите се движат почти свободно.

Газовете могат да се разглеждат като значително прегряти или недостатъчно наситени пари. Над повърхността на всяка течност има пара. Когато налягането на парите се увеличи до определена граница, наречена налягане на наситени пари, изпарението на течността спира, тъй като течността става същата. Намаляването на обема на наситената пара причинява части от парата, а не повишаване на налягането. Следователно налягането на парите не може да бъде по-високо. Състоянието на насищане се характеризира с масата на насищане, съдържаща се в 1m маса наситена пара, която зависи от температурата. Наситената пара може да стане ненаситена, ако нейният обем се увеличи или температурата й се повиши. Ако температурата на парата е много по-висока от точката, съответстваща на дадено налягане, парата се нарича прегрята.

Плазмата е частично или напълно йонизиран газ, в който плътностите на положителните и отрицателните заряди са почти еднакви. Слънцето, звездите, облаците от междузвездна материя се състоят от газове – неутрални или йонизирани (плазма). За разлика от други състояния на агрегация, плазмата е газ от заредени частици (йони, електрони), които електрически взаимодействат помежду си на големи разстояния, но нямат нито къси, нито далечни порядъци в подреждането на частиците.

Течност- това е агрегатното състояние на веществото, междинно между твърдо и газообразно. Течностите имат някои характеристики на твърдо тяло (запазва обема си, образува повърхност, има определена якост на опън) и газ (приема формата на съда, в който се намира). Топлинното движение на молекулите (атомите) на течността е комбинация от малки вибрации около равновесни позиции и чести скокове от едно равновесно положение в друго. В същото време бавните движения на молекулите и техните вибрации се случват в малки обеми, честите скокове на молекулите нарушават далечния ред в подреждането на частиците и определят течливостта на течностите, а малките вибрации около равновесните позиции определят съществуването на къси -обхватен ред в течности.

Течностите и твърдите вещества, за разлика от газовете, могат да се считат за силно кондензирани среди. В тях молекулите (атомите) са разположени много по-близо една до друга и силите на взаимодействие са с няколко порядъка по-големи, отколкото в газовете. Следователно течностите и твърдите вещества имат значително ограничени възможностиза разширяване, те очевидно не могат да заемат произволен обем, но когато са постоянни, те запазват обема си, независимо в какъв обем са поставени. Преходите от по-структурно подредено състояние на агрегиране към по-малко подредено състояние също могат да се случват непрекъснато. В тази връзка вместо понятието агрегатно състояние е препоръчително да се използва повече широко понятие- понятието фаза.

Фазае съвкупността от всички части на системата, които имат същото химичен състави да е в същото състояние. Това е оправдано от едновременното съществуване на термодинамично равновесни фази в многофазна система: течност с нейните наситени пари; вода и лед при точка на топене; две несмесващи се течности (смес от вода с триетиламин), различни по концентрация; съществуването на аморфни твърди тела, които запазват структурата на течност (аморфно състояние).

Аморфно твърдо състояние на материятае вид свръхохладено състояние на течност и се различава от обикновените течности по това, че има значително по-висок вискозитет и числови стойностикинетични характеристики.
Кристално твърдо състояние на материятае състояние на агрегиране, което се характеризира с големи сили на взаимодействие между частиците на материята (атоми, молекули, йони). Частици от твърди тела осцилират около средни равновесни позиции, наречени възли кристална решетка; характеризира се структурата на тези вещества висока степенред (порядък на далечни и къси разстояния) - ред в подреждането (ред на координация), в ориентацията (ред на ориентация) на структурните частици или ред във физичните свойства (например в ориентацията на магнитните моменти или електрическия дипол моменти). Районът на съществуване на нормалната течна фаза за чисти течности, течност и течни кристали е ограничен от ниски температурифазови преходи, съответно, в твърдо (кристализация), свръхтечно и течно-анизотропно състояние.

Характеристика на хидравличните и пневматичните задвижвания е, че за създаване на сили, въртящи моменти и движения в машините, тези видове задвижвания използват съответно енергията на течността или въздуха или друг газ.

Течността, използвана в хидравличното задвижване, се нарича работна течност (WF).

За да разберете особеностите на използването на течности и газове в задвижванията, е необходимо да си припомните някои основни сведения за агрегатните състояния на материята, известни от курса по физика.

Според съвременните възгледи агрегатните състояния на материята (от латинското aggrego - прикрепям, свързвам) се разбират като състояния на едно и също вещество, преходите между които съответстват на резки промени в свободната енергия, ентропията, плътността и други физически параметри на това вещество .

Във физиката е обичайно да се прави разлика между четири агрегатни състояния на материята: твърдо, течно, газообразно и плазмено.

В ТВЪРДО СЪСТОЯНИЕ(кристално твърдо състояние на материята) е състояние на агрегиране, което се характеризира с големи сили на взаимодействие между частиците на материята (атоми, молекули, йони). Частиците на твърдите тела осцилират около средни равновесни позиции, наречени възли на решетката; структурата на тези вещества се характеризира с висока степен на ред (порядък на далечни и къси разстояния) - ред в подреждането (ред на координация), в ориентацията (ред на ориентация) на структурните частици или ред във физичните свойства.

ТЕЧНО СЪСТОЯНИЕ- това е агрегатното състояние на веществото, междинно между твърдо и газообразно. Течностите имат някои характеристики на твърдо тяло (запазва обема си, образува повърхност, има определена якост на опън) и газ (приема формата на съда, в който се намира). Топлинното движение на молекулите (атомите) на течността е комбинация от малки вибрации около равновесни позиции и чести скокове от едно равновесно положение в друго. В същото време бавните движения на молекулите и техните вибрации се случват в малки обеми. Честите скокове на молекулите нарушават далечния ред в подреждането на частиците и определят течливостта на течностите, а малките вибрации около равновесните позиции определят съществуването на късодействащ ред в течностите.

Течностите и твърдите вещества, за разлика от газовете, могат да се считат за силно кондензирани среди. В тях молекулите (атомите) са разположени много по-близо една до друга и силите на взаимодействие са с няколко порядъка по-големи, отколкото в газовете. Следователно течностите и твърдите вещества имат значително ограничени възможности за разширение; те очевидно не могат да заемат произволен обем и при постоянно налягане и температура запазват обема си, независимо в какъв обем са поставени.

ГАЗООБРАЗНО СЪСТОЯНИЕ(от френски gaz, който на свой ред идва от гръцки chaos - хаос) е агрегатно състояние на вещество, при което силите на взаимодействие на неговите частици, запълващи целия предоставен им обем, са незначителни. В газовете междумолекулните разстояния са големи и молекулите се движат почти свободно.

Газовете могат да се разглеждат като значително прегряти или ниско наситени пари на течности. Над повърхността на всяка течност има пара поради изпарение. Когато налягането на парите се увеличи до определена граница, наречена налягане на наситени пари, изпарението на течността спира, тъй като налягането на парите и течността става същото. Намаляването на обема на наситената пара причинява кондензация на част от парата, а не повишаване на налягането. Следователно налягането на парите не може да бъде по-високо от налягането на наситените пари. Състоянието на насищане се характеризира с масата на насищане, съдържаща се в 1 m3 маса наситена пара, която зависи от температурата. Наситената пара може да стане ненаситена, ако нейният обем се увеличи или температурата й се повиши. Ако температурата на парата е много по-висока от точката на кипене, съответстваща на дадено налягане, парата се нарича прегрята.

ПЛАЗМАе частично или напълно йонизиран газ, в който плътностите на положителните и отрицателните заряди са почти еднакви. Слънцето, звездите, облаците от междузвездна материя се състоят от газове – неутрални или йонизирани (плазма). За разлика от други състояния на агрегация, плазмата е газ от заредени частици (йони, електрони), които електрически взаимодействат помежду си на големи разстояния, но нямат нито къси, нито далечни порядъци в подреждането на частиците.

Както може да се види от горното, течностите са способни да поддържат обем, но не са в състояние независимо да поддържат форма. Първото свойство доближава течността до твърдо вещество, второто - до газ. И двете свойства не са абсолютни. Всички течности са свиваеми, макар и много по-малко от газовете. Всички течности се съпротивляват на промяна на формата, на изместване на една част от обема спрямо друга, макар и по-малко от твърдите тела.