Plasmadefinition i kemi och fysik

Plasma är en materiens tillstånd där det gas fas aktiveras tills atom elektroner är inte längre associerade med någon speciell atom kärna. Plasmas består av positivt laddade joner och obundna elektroner. Plasma kan produceras genom att antingen värma en gas tills den joniseras eller genom att utsätta den för ett starkt elektromagnetiskt fält.

Termen plasma kommer från ett grekiskt ord som betyder gelé eller formbart material. Ordet introducerades på 1920-talet av kemisten Irving Langmuir.

Plasma anses vara ett av de fyra grundläggande tillstånden i materien, tillsammans med fasta ämnen, vätskor och gaser. Medan de tre övriga delstaterna ofta stöter på i vardagen är plasma relativt sällsynt.

Plasmakulleksaken är en typisk exempel på plasma och hur det beter sig. Plasma finns också i neonljus, plasmaskärmar, bågsvetsfacklor och Tesla-spolar. Naturliga exempel på plasma inkluderar blixtur auroran, jonosfären, St. Elmos eld och elektriska gnistor. Även om det inte ofta ses på jorden, är plasma den vanligaste materiens form i universum (exklusive kanske mörk materia). Stjärnorna, solens inre, solvind och solkorona består av helt joniserad plasma. Det interstellära mediet och det intergalaktiska mediet innehåller också plasma.

På ett sätt är plasma som en gas genom att den antar formen och volymen på sin behållare. Plasma är dock inte lika fritt som gas eftersom dess partiklar är elektriskt laddade. Motsatta laddningar lockar varandra, vilket ofta får plasma att bibehålla en allmän form eller flöde. De laddade partiklarna betyder också att plasma kan formas eller innehålla elektriska och magnetiska fält. Plasma har generellt ett mycket lägre tryck än en gas.

Plasma är resultatet av joniseringen av atomer. Eftersom det är möjligt för antingen hela eller en del av atomer att joniseras finns det olika grader av jonisering. Joniseringsnivån styrs huvudsakligen av temperaturen, där en ökning av temperaturen ökar graden av jonisering. Ämne där endast 1% av partiklarna joniseras kan visa egenskaper hos plasma, men ändå inte vara plasma.

Plasma kan kategoriseras som "het" eller "fullständigt joniserat" om nästan alla partiklar joniseras, eller "kalla" eller "ofullständigt joniserade" om en liten fraktion av molekyler joniseras. Observera att temperaturen på kall plasma fortfarande kan vara otroligt varm (tusentals grader Celsius)!

Ett annat sätt att kategorisera plasma är som termisk eller nonthermal. I termisk plasma är elektronerna och tyngre partiklar i termisk jämvikt eller vid samma temperatur. I icke-termisk plasma har elektronerna en mycket högre temperatur än jonerna och neutrala partiklarna (som kan vara vid rumstemperatur).

Den första vetenskapliga beskrivningen av plasma gjordes av Sir William Crookes 1879, med hänvisning till vad han kallade "strålningsämne" i ett Crookes-katodstrålerör. Brittisk fysiker Sir J.J. Thomsons experiment med ett katodstrålerör ledde till att han föreslog en atommodell där atomer bestod av positiva (protoner) och negativt laddade subatomära partiklar. 1928 gav Langmuir namn på materiens form.