플라즈마 - Plasma

플라즈마 - Plasma

플라즈마는 물질의 4대 기본 상태 중 하나로, 1920년대에 화학자 이르빙 랑무르에 의해 처음 기술되었다. 그것은 이온 가스 – 궤도 전자의 일부를 제거한 원자 – 그리고 자유 전자로 구성되어 있다. 플라즈마는 중성 가스를 가열하거나 이온화된 기체 물질이 점점 전기 전도성이 높아지는 지점까지 강한 전자기장에 노출시켜 인위적으로 생성될 수 있다. 결과적으로 충전된 이온과 전자는 장거리 전자기장의 영향을 받게 되어 플라즈마 역학이 중성 가스보다 이들 장에 더 민감하게 된다.

플라즈마 및 이온화 가스는 다른 국가들과 달리 특성과 행동을 가지고 있으며, 이들 사이는 대부분 명칭이 문제가 된다. 플라즈마가 포함된 환경의 온도와 밀도에 기초하여 부분적으로 이온화되거나 완전히 이온화된 형태의 플라즈마가 생성될 수 있다. 네온사인과 번개는 부분적으로 이온화된 플라스마의 예다. 지구의 전리권은 플라즈마이고 자석권은 지구의 주변 우주 환경에 플라즈마를 포함하고 있다. 태양의 내부는 태양 코로나, 별과 함께 완전히 이온화된 플라즈마의 예다. 플라즈마와 이온화 가스는 온도, 밀도에 따라 다른 명칭으로 불린다.

이온의 양전하 는 원자핵을 공전하는 전자를 벗겨냄으로써 만들어 진다. 여기서 제거된 전자의 총 수는 온도 상승이나 다른 이온화 물질의 국부 밀도와 관련이 있다. 이 과정은 액체에서 이온 상호작용의 화학적 과정이나 금속에서 공유 이온의 거동과는 확연히 다르지만 이는 분자 결합의 분열을 동반할 수도 있다. 전자기장에 대한 플라즈마의 반응은 플라즈마 텔레비전이나 플라즈마 식각과 같은 많은 현대적인 기술 장치에서 사용된다. 이 가설은 현재 암흑물질의 존재와 알려지지 않은 성질에 기초하여 잠정적이지만 플라즈마는 우주에서 가장 풍부한 형태의 보통물질일 수 있다. 플라즈마는 대부분 별과 연관되어 있으며, 희귀한 은하계 내 매개체 및 아마도 은하간 영역까지 확장된다.

정의

플라즈마는 장거리 전기장과 자기장이 사물의 행동을 지배할 정도로 이온화된 기체 물질이 전기 전도성이 높은 물질 상태를 말한다. 플라즈마 상태는 고체, 액체, 기체 등의 다른 상태와 대조될 수 있다.

플라즈마는 결합되지 않은 양의 입자와 음의 입자의 전기적으로 중립적인 매체다(즉, 플라즈마의 전체 전하량은 대략 0이다). 이러한 입자들은 비록 구속력이 없지만, 힘을 경험하지 않는다는 의미에서 '자유'는 아니다. 충전된 입자를 움직이면 자기장 내에서 전류가 발생하며, 충전된 플라스마 입자의 움직임은 다른 전하에 의해 생성된 장에 영향을 받는다. 차례로 이것은 많은 수준의 변동을 가진 집단 행동을 지배한다. 다음 세 가지 요인은 플라즈마를 정의한다.

• 플라즈마 근사법: 플라즈마 근사법은 주어진 충전된 입자를 둘러싸고 있는 구체(반경이 데비예 선별 길이인 데비예 구라고 함) 내의 충전 캐리어 수를 나타내는 플라즈마 파라미터 λ이 구 외부 입자의 정전기적 영향을 차폐할 정도로 충분히 높을 때 적용된다.
• 대량 교호작용: 데브이 스크리닝 길이는 플라즈마의 물리적 크기에 비해 짧다. 이 기준은 경계 효과가 발생할 수 있는 가장자리의 상호작용보다 플라즈마 다량의 상호작용이 더 중요하다는 것을 의미한다.
• 플라즈마 주파수: 전자 플라즈마 주파수(전자의 플라즈마 진동 측정)는 전자-중립 충돌 주파수(전자와 중성 입자의 충돌 빈도 측정)에 비해 크다. 이 조건을 만족했을 때, 정전기적 상호작용은 일반적인 가스 동력학의 과정을 지배한다

온도

플라즈마의 온도는 일반적으로 켈빈 또는 전자 전압으로 측정되며 비공식적으로는 입자당 열 운동 에너지의 측정값이다. 높은 온도는 플라즈마의 결정적인 특징인 이온화를 유지하기 위해 일반적으로 필요하다. 플라즈마 이온화의 정도는 사하 방정식이라는 관계에서 이온화 에너지(그리고 밀도에 의해 더 약하게)에 상대적인 전자 온도에 의해 결정된다. 낮은 온도에서 이온과 전자는 결합 상태(atoms)로 재결합하는 경향이 있으며 플라즈마는 결국 기체가 될 것이다.

대부분의 경우 전자는 온도가 비교적 잘 정의되어 있는 열 평형에 충분히 가깝다. 이는 예를 들어 UV 방사선, 에너지 입자 또는 강한 전기장 등으로 인해 맥스웰리안 에너지 분배 기능에 상당한 편차가 있을 때에도 사실이다. 질량의 차이가 크기 때문에, 전자는 이온이나 중성 원자와 평형을 이루는 것보다 그들 사이의 열역학적 평형에 훨씬 빨리 도달한다. 이 때문에 이온 온도는 (보통 전자보다 낮은) 전자 온도와 매우 다를 수 있다. 이것은 특히 약하게 이온화된 기술 플라스마에서 흔하며, 이온들은 종종 주위 온도에 가깝다.