البلازما Plasma
أن المادة في حالاتها الثلاث ( الصلبة والسائلة والغازية ) لا تمثل سوى اقل من 10% من أصل المادة الكلية الموجودة في الكون وان ما تبقى من هذه النسبة وهي أكثر من 90% فتمثلها الحالة الأيونية وهي ما يطلق عليها اليوم بالحالة الربعة للمادة أو حالة البلازما .
ازدادت أهمية البلازما حديثا لزيادة استخداماتها العملية الحديثة فضلا عن الآمال المعقودة على أنها ستكون مصدر طاقة المستقبل البديلة .
البلازما (بالإنكليزية: Plasma) أو الهَيُولَى هي حالة متميزة من حالات المادة يمكن وصفها بأنها غاز متأين تكون فيه الإلكترونات حرة وغير مرتبطة بالذرة أو بالجزيئة.
فإذا كانت المادة توجد في الطبيعة في ثلاث حالات: صلبة وسائلة وغازية، فإنه بالإمكان تصنيف البلازما على أنها الحالة الرابعة التي يمكن أن توجد عليها المادة.
على النقيض من الغازات، فإن للبلازما صفاتها الخاصة :- .
يؤدي التأين لخروج واحد أو أكثر من الإلكترونات عند تسليط حرارة أو طاقة معينة. هذه الشحنة الكهربية تجعل البلازما أو الهيولى موصلة للكهرباء ولذلك ستستجيب بقوة للمجال الكهرومغناطيسي. تأخذ البلازما شكل غاز محايد (معتدل) شبيه بالغيوم، على سبيل المثال النجوم. أو قد يأتي كحزم متأينة ولكنها تحتوي على غبار وحبيبات (وتسمى البلازما المغبرة) وهذه قد تشكلت بواسطة الحرارة والغاز المتأين. فعند قذف الإلكترون بعيدا عن النواة ستصبح الشحنات الموجبة والسالبة أكثر حرية.
وتعرف حالة المادة بأنها ( بلازما ) ايظا عندما تكون نسبة عالية من ذراتها موجودة على شكل ايونات موجبة منفصلة عن الكتروناتها السالبة نتيجة لوجودها في درجات حرارية عالية جدا جدا .
تشكل البلازما نسبة 99% من المادة الكونية بين النجوم والمجرات من حيث الكتلة والحجم، وبعض الكواكب تشكل البلازما أغلب مادتها، حيث يعتبر كوكب المشتري كتلة هائلة من البلازما، وحوالي 0.1% فقط من الكتلة وما بين 10 و15% من الحجم يدخل بمدار كوكب بلوتو.
تقاس حرارة البلازما بالكالفن أو إلكترون فولت، وهي عبارة عن قياس للطاقة الحركية الحرارية لكل جزيء
استنادا للحرارة المرتبطة بالإلكترونات والأيونات والجسيمات المحايدة فإن البلازما يمكن تصنيفها على أنها حرارية أو لا حرارية:
• البلازما الحرارية: تكون فيها الإلكترونات والأجسام الثقيلة بنفس درجة الحرارة، أي تكون بحالة توازن حراري مع بعضها البعض.
• البلازما اللا حرارية: تكون الأيونات والجسيمات المحايدة بحالة الحرارة المحيطة بها بينما ترتفع درجة حرارة الإلكترونات بشكل أكبر بكثير.
تتحكم الحرارة بدرجة التأين بالبلازما، وخصوصا أن تأين البلازما محدد بدرجة حرارة الإلكترون المتصلة بطاقة التأين (وبدرجة أضعف بالكثافة). يشار إلى البلازما أحيانا على أنها حارة إذا كانت متأينة بدرجة تامة، أو باردة إذا كان جزء بسيط (كمثال 1%) من جزيء غاز متأين. حتى في حالة البلازما الباردة فإن درجة حرارة الإلكترون المثالية تكون حوالي عدة آلاف من الدرجات المئوية. وعادة ما تكون البلازما المستخدمة في التكنولوجيا البلازمية باردة في هذا الصدد.
توليد البلازما Plasma Production
يتم توليد البلازما عمليا بتسخين الغاز تحت ضغط واطئ إلى درجات حرارية عالية جدا (105 – 10 4 كلفن ) وقد تصل إلى ملايين الدرجات الحرارية بحيث تصبح الطاقة الحركية لذراته وجزيئاته مساوية أو تزيد عن طاقة تأين تلك الذرات والجزيئات ،
لا يمكن الاحتفاظ بالبلازما داخل أوعية مادية لان درجة حرارتها ستؤدي إلى صهر الأوعية وقد أمكن الاحتفاظ بالبلازما في درجات الحرارة العالية ضمن المجالات المغناطيسية التي تمنع البلازما من إن تلامس الأوعية المادية .
أشكال البلازما تتضمن
بلازما تصدر عن أجهزة صناعية
• شاشات البلازما.
• مصابيح التألق (لمبات الفلوريسنت ذات الطاقة الضعيفة)، إشارات النيون
• عوادم الصواريخ.
• النطاق الموجود أمام الحاجز الحراري لسفن الفضاء خلال دخولها غلاف الأرض الجوي.
• داخل هالة مولد تفريغ الأوزون.
• أبحاث الاندماج النووي.
• التقوس الكهربائي الموجود بالإنارة القوسية، لحام القوس الكهربائي أو المصباح (المدفع) البلازمي.
• مصابيح البلازما، وتسمى كرة البلازما.
• يستخدم البلازما لحفر رقائق الحاسوب لإنتاج الدوائر الكهربائية وصنع أشباه الموصلات.
بلازما طبيعية أرضية
• البرق.
• كرة البرق. .
• طبقة الغلاف المتأين.
• الشفق القطبي.
بلازما طبيعية كونية: فيزياء فلكية وفضاء كوني
• النجوم
• الرياح الشمسية.
• الفراغ المحيط بين الكواكب.
• الفراغ المحيط بين النجوم.
• الفراغ المحيط بين المجرات.
• حلقة أحد أقمار المشتري.
• الأقراص الناشئة من تكوين الأجسام النجمية الضخمة.
• سديم المجرات.
البلازما و المجال المغناطيسي Plasma and Magnetic Field
يمكن للمجال المغناطيسي التواجد داخل البلازما على عكس المجال الكهربائي الذي لا يستطيع التواجد داخل البلازما ، وان وجود خطوط المجال المغناطيسي داخل البلازما يفرض عليها الكثير من المحددات ، حيث أنها تكون مجمده داخل البلازما فإذا كانت البلازما ساكنة فان خطوط المجال المغناطيسي ستكون ساكنة أيظا والعكس صحيح .
إن سبب الالتصاق القوي لخطوط المجال المغناطيسي إلى البلازما هو توصيلية البلازما العالية جدا والتي تكون إلى المالانهاية في البلازما المثالية ولهذا يعود سبب اختفاء المجال الكهربائي خلال البلازما .
ـ أشعل الشمعة واقلب فوقها كأساً أو مرطباناً ، سجل ملاحظاتك . كرر العمل عدة مرات .
ـ كرر العمل نفسه مستخدماً كأساً أو مرطباناً أكبر شفافاً قارن بين ملاحظاتك في الحالتين باحثاً عن أوجه الشبه وأوجه الاختلاف بينهما .
ـ ما المادة التي يجب أن تكون موجودة حتى يحترق الشمع ( غير الشمع نفسه وعود الثقاب ) .
ـ ما الدليل على أن المادة ( التي ذكرتها في الخطوة السابقة ) يجب أن تكون موجودة حتى يشتعل الغاز .
ـ راقب شعلة الغاز في الموقد المنزلي وشعلة الشمعة ، ما أوجه الاختلاف بينهما ؟
ـ ما أوجه الشبه بينهما ( إن وجدت ) ؟
ـ بعد أن أجريت الاختبارات ودونت ملاحظاتك علينا أن ننتقل الآن إلى محاولات في التحليل والتفسير ، وعليك أن تصوغ فرضيات وتختبر صحتها أو عدم صحتها لكل تنبؤ من التنبؤات التالية :
ـ يمكن الحصول على شعلة أو نار بدون وقود .
ـ يمكن الحصول على شعلة أو نار إذا توافر الوقود ولم يتوافر الهواء .
ـ يمكن الحصول على شعلة أو نار إذا توافر الوقود والهواء .
ـ يمكن الحصول على شعلة إذا توافر الوقود والهواء وشرارة من عود ثقاب أو غيره .
ـ يمكن أن لا نحصل على النار حتى لو توافرت الشروط الثلاث السابقة .
ـ الوقود سواء أكان الشمع أو الغاز يحتوي على الكربون في مكوناته .
ـ تعمل الفتيلة ( فتيلة الشمعة أو فتيلة مدفأة الكاز ) من مادة لا تحترق أوتقاوم الاحتراق بقوة .
ـ يلعب الشكل الذي توجد عليه المادة دوراً في سرعة اشتعالها ؟
ـ يلعب الشكل الذي توجد عليه المادة دوراً في نوعية احتراقها ؟
ـ بناءً على الاختبارات التي أجريتها عما يلي :
ـ أين ذهب الشحبار الذي تجمع على ملعقة الشاي بعد أن وضعتها على شعلة موقد الطبخ .
ـ يحترق الغاز في الموقد ويحترق الشمع ، ما الفرق بين احتراقيهما ؟
ـ أيشبه احتراق الكاز في المدفأة ،احتراق الشمعة أم احتراق الغاز في موقد المنزل ؟
أجب عن السؤال نفسه في كله حالة مما يلي :
أ . مدفأة الغاز .
ب. احتراق الديزل في السيارة .
ج. احتراق البنزين في السيارة .
د. احتراق الفحم في كانون النار .
هـ . احتراق الحطب في مدفأة الحطب .
و. احتراق الكحول في مصباح كحولي .
عمليات بحث متعلقة بـ ما اوجه التشابه والاختلاف بين الغازات والبلازما
رفع كيس حبوب وزنه
هل يمكن وجود درجة حرارة الفراغ
وضح الاختلافات بين الطاقه الميكانيكيه لكره ما وطاقتها الحراريه
ما نوع الطاقة في ساعة تعمل بضغط النابض
ما مقدار القدرة التي تولدها مضخة في رفع
يقف متزلج كتلته 45 على الجليد
تتحرك سيارة كتلتها 1600 بسرعة 12.5 ما طاقتها الحركية
اذا اثرت بقوة مقدارها 225 في رافعة