البلازما - PLASMA - الحالة الرابعة للمادة

عضو متميز تاريخ التسجيل : 28/03/2010

كيفكم يا شباب إنشاء الله طيبين اليوم Very Happy

حبيت

أوضح لكم كل ما يتعلق بالمادة الرابعة ( مادة البلازمة ) و الفرق بينها و بين الحالة الغازية

أولاً نبدأ بالتعريف :-

البلازما:- هي حالة خاصة من حالات المادة الأربعة وتطلق على المادة المحتوية على كمية معينة من الجسيمات الأولية المشحونة كهربائياً ( الأيونات ، الغاز المتأين ) , أي أن الالكترونات تكون منفصلة تماما عن نوياتها ، تعطي هذه الحالة للمادة خواصا كهربائية وسلوكاً خاص ، وأهمية كبرى في مختلف مظاهر حياتنا اليومية .

ثانياً ماهية البلازما :-

يطلق مصطلح البلازما عادة على الحالة الرابعة من الحالات التي توجد بها المادة في الوجود .
-الحالة الأولى : الحالة الصلبة .
-الحالة الثانية : الحالة السائلة .
-الحالة الثالثة : الحالة الغازية .

ثالثاً أهمية البلازما:-

البلازما يمكن أن تكون مصدراً نظيفاً للطاقة تغنينا عن حرق البترول ومشتقاته وتخفف التلوث (كيف) ؟
يوجد في المحيطات كميات هائلة من الديوتيريوم (الهيدروجين الثقيل) فإذا أمكن استخدام البلازما في عمل تفاعلات التحام نووي أمكننا الحصول على طاقة هائلة ونظيفة تكفي الأرض لملايين السنين .
من المتوقع أن تؤدي دراسة البلازما إلى حل ألغاز الأحوال الجوية في الفضاء والتنبؤ عنها بشكل أكثر صحة ودقة .
تتكون النجوم والسدم والمجرات من البلازما ولذلك من المتوقع أن تؤدي دراستها إلى استجلاء الخفي من أسرار الكون مثل كيف تولد النجوم وكيف تموت ؟

رابعاً استخدام البلازما في حياتنا اليومية:-

* مصابيح الفلوروسنت والنيون .
* قطع المعالج الصغرى Microprocessor في أجهزة الحاسوب .
* غازات العادم التي تنتج عند إطلاق الصواريخ هي من البلازما وليس من الغاز .
* تستخدم البلازما في صناعة الماس الصناعي والرقائق Films فائقة التوصيل الكهربائي .

خامساً خواص حالة البلازما:-

تشكل البلازما وسطاً ناقلاً من الجسيمات المشحونة ، الناقلة للتيار الكهربائي والمولدة للحقول المغناطيسية . تعتبر حالة البلازما هي الحالة الأكثر شيوعا للمادة ، التي تضم 99% من الكون المرئي لدينا ، وتشمل حالة جميع النجوم و المجرات .

سادساً أين توجد البلازما:-

غالبا معظم المواد الموجودة في هذا الكون الفسيح توجد على شكل بلازما. هذه البلازما تكون عند درجات حرارة عالية وكثافة عالية أيضا، وتتغير هذه الظروف من مكان إلى آخر، فعلى سبيل المثال تبلغ درجة حرارة مركز الشمس عشرة ملايين درجة مئوية بينما على سطحها فإن درجة الحرارة تصل إلى ستة ألاف درجة مئوية، ومن هنا فإن البلازما داخل الشمس تختلف تماما عن خارجها. ولكن على الكرة الأرضية حيث توجد المادة غالبا في الحالة الصلبة، وطبقات الغلاف الجوى عبارة عن غاز غير متأين، أي أنه لا يوجد حالة بلازما طبيعية على سطح الأرض. ولكن هل يمكن عمل بلازما في المختبر؟ إذا كنت تقرأ هذا المقال تحت ضوء مصباح فلوريسنت (النيون) فإن مصدر هذا الضوء هو عبارة عن بلازما مصنعة، فعند مرور التيار الكهربي داخل غاز (غاز الزئبق) تحت ضغط منخفض فإنه يعمل على تأين الغاز مخلفا خليطا من الأيونات الموجبة والالكترونات، ما تلبث أن تتحد مع بعضها البعض وتكون النتيجة انبعاث الضوء الساطع، وتستمر هاتان العمليتان (التأين والاتحاد) طالما استمر التيار الكهربي في السريان. هذا مثال على مصدر بلازما ذات درجة حرارة منخفضة موجود في بيتك.

سابعاً كيف يتم الحصول على بلازما بواسطة أشعة الليزر:-

نعلم أن الضوء هو عبارة عن تذبذب مجالين متعامدين احدهما كهربي والأخر مغناطيسي. والليزر ما هو إلا عبارة عن ضوء له خصائص مميزة تجعل شدة إشعاعه (الطاقة لكل وحدة مساحات لكل وحدة زمن) تزداد بزيادة المجال الكهربي والمغناطيسي لموجاته.
ولكن هل يمكن أن يكون الضوء الناتج من أشعة الليزر أقوى من الأجسام الصلبة؟ إن شدة المجال الكهربي لشعاع الليزر تبلغ 5x1011v/m عندما تكون شدة إشعاعه 3x1020W/m2، وفى أيامنا هذه تصل شدة إشعاع بعض أنواع الليزر إلى ما يقارب 1022W/m2. وبالمقارنة بشدة إشعاع مصباح كهربي عادى (60Watt) على بعد متر أو مترين فهي لا تزيد عن 0.1W/m2. حيث أن المجال الكهربي لهذه الأشعة يفوق بكثير المجال الكهربي الذي يربط ذرات المواد الصلبة بعضها ببعض وبذلك فإن المجال الكهربي لشعاع الليزر سوف يؤثر على الكترونات المواد الصلبة ويفصلها عن الذرات تاركا أيونات موجبةـ وبهذا يحول الليزر جزء من المادة الصلبة إلى حالة بلازما. يتضح مما سبق أنه يمكن استخدام أشعة الليزر المركزة لإنتاج بلازما عند درجات حرارة عالية جدا داخل المختبر وبتكلفة قليلة.
ولهذا النظام العديد من التطبيقات الهامة في مجال الفيزياء الفلكية حيث يتم اختيار نوع مادة الهدف وتصميمه بشكل هندسي معين حتى تكون البلازما الناتجة في المختبر مشابهة لظروف البلازما الحقيقة للنجم المراد دراسته. بالإضافة إلى إلى ذلك فإن البلازما تستخدم في العديد من الصناعات.

ثامناً التطبيقات الصناعية للبلازما

1 - صناعة الدوائر الالكترونية المتكاملة

تستخدم البلازما ذات درجات الحرارة المنخفضة فى العديد من المجالات الهامة على سبيل المثال، معظم الدوائر المتكاملة المعقدة جدا والتى تدخل فى تركيب كل جهاز الكترونى، هذه الدوائر الالكترونية تحتوى على عشرات الالاف من الترانزستورات والمكثفات موصلة ببعضها البعض بواسطة اسلاك قطرها فى حدود 0.1 ميكرومتر، هذا النوع من التكنولوجيا الدقيقة والمعقدة تصنع باستخدام البلارما، حيث تقوم البلازما بنحت الدوائر الالكترونية على شريحة السيليكون بناءا على القناع المعدنى الموضوع امام الشريحة..

2 - حافظة على نظافة البيئة

تستخدم البلازما حاليا فى العديد من الدول المتقدمة فى التخلص من المواد السامة الملوثة للبيئة معتمدين على العمليات الكيميائية الفريدة التى تتم داخل البلازما. حيث يمكن ان تقوم البلازما بتحويل المواد السامة المنبعثة من مداخن المصانع ومن عوادم السيارات مثل غاز اكسيد الكبريت (SO) واكسيد النيتريك (NO) إلى مواد غير سامة. فعلى سبيل المثال غاز NO قبل ان يخرج من المدخنة إلى الغلاف الجوى، توجه عليه حزمة من الالكترونات ذات طاقة عالية من جهاز مثبت فى منتصف المدخنة تعمل على تأيين الغازات الموجودة (المادة السامة NO والهواء) أى تحولها إلى حالة بلازما. وقبل خروجها إلى الجو تكون مرحلة التأيين قد انتهت وتتكون جزيئات النيتروجين والاكسجين نتيجة لعملية اعادة الاتحاد. وبهذا نكون قد حولنا الغازات الملوثة إلى غازات نافعة وبتكاليف قليلة.

تاسعاً كيف تصنع البلازما في المختبر:-

لكى نصنع بلازما تحت ضغط منخفض لغاز ما، فإن كل ما يلزم هو مفرغة هواء بارتفاع متر وعرض نصف متر تقريبا، وكذلك مصدر تغذية للتيار المتردد، (فى الصناعة يكون مصدر التيار فى مجال ترددات الراديو 13.56MHz وحديثا يمكن استخدام اجهزة الميكرويف ذات ترددات اعلى 2.45GHz). فى الواقع يمكن عمل بلازما باى شكل ولكن الاكثر استخداما فى الصناعة هو الموضح فى شكل (2)، ويحتوى على قرصين معدنيين نصف قطرهما حوالى 15 سم والمسافة الفاصلة بينهما من 4-5سم. بعد ضخ الهواء بواسطة المفرغة يدخل الغاز المراد تحويلة إلى حالة بلازما وقد يكون خليط من الغازات، وبمجرد مرور التيار الكهربى (~200Watt) يبدأ الغاز فى التوهج مصدرا ضوءا ساطعا لونه يعتمد على نوع الغاز.

الفرق بين مادة البلازمة و الحالة الغازية

البلازما - PLASMA - الحالة الرابعة للمادة Dxf1a2xps5tt

هذه الصورة توضح الفرق بين حالات المادة الأربعة

sunny

و في الختام أتمنى من الجميع أن يكونوا قد إستفادوا من الموضوع