Kodėl plazma šviečia?
Trumpas atsakymas: Plazma švyti, nes jos įkrautos dalelės (elektronai ir jonai) susiduria su atomais ir priverčia tuos atomus išskirti šviesą. Kai dalelės krinta atgal į mažesnę energiją, jos išskiria fotonus, kuriuos matome kaip spalvą.
Trumpas paaiškinimas
Plazma yra karštos, įkrautos dujos, sudarytos iš laisvųjų elektronų ir jonų. Šios greitos dalelės atsitrenkia į atomus ir jonus. Dėl iškilimų tų atomų elektronai patenka į aukštesnius energijos lygmenis.
Kai nustumti elektronai krinta žemyn, jie skleidžia mažyčius šviesos paketus, vadinamus fotonais. Skirtingi šuoliai sukuria skirtingas spalvas. Dalis švytėjimo atsiranda dėl to, kad laisvieji elektronai sulėtėja ir taip pat skleidžia šviesą.
Kartu šie procesai priverčia plazmą spindėti ir suteikia jai ryškią, dažnai spalvingą šviesą, kurią galime matyti iš toli arba žaisluose, tokiuose kaip plazminiai rutuliai.
Mokslinis paaiškinimas
Įvardyti dėsniai / principai: Poveikis/dėsnis: atominė emisija (susidūrimo sužadinimas ir spinduliavimo dežadinimas); plius rekombinacija ir stabdymo spinduliuotė kai kuriose plazmose.
Plazmoje laisvieji elektronai ir jonai turi daug energijos. Susidūrę su neutraliais atomais arba jonais, jie gali pakelti to atomo viduje esantį elektroną į aukštesnį energijos lygį. Tas sužadintas elektronas negali išlikti amžinai.
Kai jis grįžta į žemesnį energijos lygį, jis išskiria savo papildomą energiją kaip fotoną (šviesos dalelę). Kiekvienas galimas šuolis tarp energijos lygių suteikia fotonui specifinę spalvą (bangos ilgį). Štai kodėl plazmos, žiūrint spektroskopu, dažnai rodo ryškias spalvų linijas.
Labai karštose arba visiškai jonizuotose plazmose papildoma šviesa atsiranda dėl rekombinacijos (elektrono prisijungimo prie jono) ir dėl stabdymo spinduliuotės (šviesos, susidarančios, kai elektronus sulėtina jonai), kurie sukuria platesnius, ištisinius spektrus .
Kaip mes tai žinome: Mokslininkai matuoja plazmos šviesą naudodami spektroskopiją ir susieja ryškias linijas su žinomais energijos šuoliais atomuose. Laboratoriniai eksperimentai su dujų išlydžio vamzdeliais ir kontroliuojamomis plazmomis atkuria kvantinių skaičiavimų numatytas spalvas ir spektrus, patvirtindami paaiškinimą.
Kasdieniai pavyzdžiai
- Neoninės iškabos parduotuvėse
- Plazminiai rutuliai (moksliniai žaislai)
- Pašvaistė (šiaurinė ir pietinė pašvaistė)
- Žaibai ir kibirkštys
- Saulė ir kitos žvaigždės (karšta plazma, švytinti dėl branduolinių reakcijų)
Praktinis bandymas
Pavadinimas: Stebėkite švytintį plazminį rutulį
Sauga: Neatidarykite rutulio ir nelieskite metalo; laikykite atokiau nuo elektronikos prietaisų ir žmonių su širdies stimuliatoriais.
Priemonės
- mažas plazminis rutulys (žaislas)
Žingsniai
- Padėkite plazminį rutulį ant stabilaus stalo ir įjunkite jį į elektros tinklą.
- Įjunkite rutulį tamsiame kambaryje, kad šviesa būtų lengviau matoma.
- Stebėkite spalvingus siūlus rutulio viduje, kai dujos tampa plazma.
- Švelniai palieskite stiklą ir pastebėkite, kaip siūlai juda link jūsų piršto.
- Atitraukite ranką ir stebėkite, kaip siūlai vėl išsisklaido. Ką tai rodo: Rutulys viduje sukuria plazmą; įkrautos dalelės sužadina atomus ir skleidžia šviesą, o jūsų prisilietimas keičia elektrinį lauką, todėl švytintys siūlai juda.
Svarbūs žodžiai
- Plazma: materijos būsena, panaši į dujas, bet su laisvaisiais elektronais ir jonais, todėl ji praleidžia elektrą.
- Elektronų sužadinimas: kai atomo elektronas įgyja energijos ir pereina į aukštesnį energijos lygmenį.
- Fotonas: mažytis šviesos energijos paketas.
- Spektroskopija: įrankis, kuris skaido šviesą į spalvas, kad parodytų, kokie bangos ilgiai yra.
- Jonas: atomas, praradęs arba įgijęs elektroną ir turintis elektros krūvį.
Trumpi klausimai
Ar plazma yra tas pats, kas ugnis?
Ne visai. Ugnis yra cheminė reakcija, kurios metu kartais gali susidaryti plazma, tačiau plazmoje yra laisvųjų elektronų ir jonų.
Kodėl kai kurios plazmos yra skirtingų spalvų?
Skirtingos dujos ir skirtingi energijos šuoliai sukuria skirtingas spalvas; karštesnės plazmos taip pat gali atrodyti kitaip.
Ar visos plazmos yra labai karštos?
Daugelis yra karštos, kaip ir žvaigždės, tačiau kai kurios plazmos (pvz., neoniniuose ženkluose) yra santykinai vėsios, palyginti su žvaigžde.