پژوهش, راهنمای ضروری جهان الکتریکی, فصل سوم - پلاسما, کتاب ها

پلاسما

۰ 538
plasma_lab_450x303

۳ معرفی پلاسما
مسئله اینکه جهان از پلاسما تشکیل شده است برای همه شناخنه شده است. در واقع، پلاسما رایج ترین نوع ماده در جهان است. در مکان های مختلف مانند: آتش، چراغ های نئون، و رعد و برق بر روی زمین و فضای کهکشانی و بین کهکشانی یافت می شود. تنها دلیلی که ما بیشتر به پلاسما عادت نکرده ایم این است که زندگی انسان در یک محیط زندگی که تا حد زیادی از جامدات و مایعات و گازها است ساخته و تنظیم شده است. برای مثال ما آتش را به چشم یک پلاسما نمی بینیم بلکه گرما و روشنایی آن را تجربه می کنیم. فقط آزمایشهای علمی می توانند نشان دهند که پلاسما در شعله وجود دارد.
پروفسور آنتونی پرت در پاراگراف اول کتاب فیزیک جهان پلاسما می نویسد: “پلاسما مجموعه ای از ذرات باردار است که به میدان مغناطیسی به طور جمعی واکنش نشان می دهد”. ناحیه پلاسما شاید حاوی مولکول ها و اتم های خنثی باشد ، همچنین ذرات ناخالصی باردار وهم خنثی مانند غبار ، دانه ها و اجسام بزرگتر مثل اجرام صخره ای تا به سیارات بزرگ و، البته، ستاره ها.
از ویژگی های مشخص پلاسما وجود بارهای آزاد ، یون ها و الکترون ها و ذرات باردار است و عکس العمل قوی آنها به میدان های مغناطیسی رفتار پلاسمایی است که بسیار متفاوت با رفتار یک گاز یونیزه نشده است. البته تمام ذرات باردار و خنثی به میدان گرانشی به نسبت چگالی آن ناحیه واکنش نشان می دهند. از آنجا که اکثر جهان از پلاسما تشکیل شده است، مکان هایی که در آن نیروی گرانشی به الکترومغناطیسی غالب است نسبتا پراکنده است.

در حالیکه مطالعات پلاسما ممکن است بر یک موضوع مانند تولید انرژی توسط همجوشی تمرکز کرده باشد، اما درک چگونگی عمل کرد جهان از موضوعاتی است که در انتظار دانشجویان با علاقه است.

plasma_lab_450x303
آزمایشگاه پلاسما دانشگاه پرینستون
DOE-Princeton Plasma Physics Lab; Peter Ginter

از آنجا که خواص منحصر به فردی برای پلاسما مشاهده می گردد، معمولا آن را به عنوان یک فاز از ماده جدا از جامدات، مایعات و گازها.در نظر می گیریم، این حالت ماده اغلب با نام “حالت چهارم ماده” شناخته می شود. اگرجه در مقیاس کیهانی چون غالب حالت ماده جرم موجود در کیهان از پلاسما است،می توان گفت که پلاسما حالت اول ماده باشد.
شکل ضمیمه چگونگی تغییرات حالت ماده در اثر تغییرات حرارت را نشان می دهد. دمای بالاتر و انرژی بالاتر با انتقال به سمت بالا و پایین نشان داده شده است. اما همواره انرژی گرمایی خیلی زیادی برای یونیزه کردن لازم است، اما یک حالت یونیزه باردار غیرتعادلی می تواند در هر دمایی با روش های دیگر ایجاد شده و حفظ شود.
به عنوان مثال، یک جامد به عنوان یک کابل الکتریکی فلزی که یک دفعه در یک مدار الکتریکی با یک منبع تغذیه با اختلاف پتانسیل بالا متصل می شود نتیجه این است که الکترون ها از هسته فلزی جدا شده و آزادانه در طول سیم به عنوان جریان بار حرکت می کنند.
و یا ظرف آب با کمی نمک، مانند: سدیم کلرید، به راحتی یونیزه می شود. اگر یک ولتاژ الکتریکی را از طریق یک سیم به آن اعمال شود، اتم های هیدروژن و اکسیژن می توانند به خلاف سیم های باردار رانده شوند و به اتم های گازی در دمای اتاق برسند،مانند حالتهای پایدار و خنثی که در قسمتی از جهان الکتریکی ما وجود دارد. اما این راهنمای آموزشی بیشتر در مورد بررسی وضعیت جریان پلاسما و الکتریسیته در مقیاس بزرگتر، در فضا تمرکز خواهد کرد.
ابر مولکولی سحابی گاز سرد و گرد و غبار می تواند با تابش یک ستاره در نزدیکی اش و یا تابش کیهانی یونیزه شود، یون ها و الکترون ها که ویژگی های یک پلاسما سازمان یافته را می گیرند قادر به حفظ بار و ایجاد لایه های دوگانه جدا کننده بار و میدان الکتریکی با اختلاف پتانسیل خیلی زیاد هستند. این پلاسما به بارها شتاب می دهد و میزان رسانایی آن از فلزات بیش تر است. این جریان پلاسما می تواند به شکل صفحات و یا رشته های پلاسما باشد، دو ریخت شناسی که با آن می تواند پلاسما شناسایی شود. .

matter_state_dgm_402x322
در پلاسما، نسبت یونها توسط درجه یونیزاسیون تعیین می شود. درجه یونیزاسیون پلاسما از کمتر ۰٫۰۱% تا ۱۰۰% می تواند تغییر کند، رفتار پلاسما به دلیل وجود ذرات باردار و جدایی بار الکتریکی به عنوان نوعی از رفتار پلاسما در سراسر این محدوده رخ خواهد داد.
گاهی اوقات پلاسما فقط به عنوان “گاز یونیزه شده” اشاره می شود. درحالی که از لحاظ فنی درست است، اما این اصطلاح ناقص و قدیمی است که برای پنهان کردن این واقعیت که پلاسما به ندرت مانند یک گاز رفتار می کند، استفاده می شود. پلاسما در فضا به سادگی منتشر نمیشود و خود را به اشکال پیچیده ای سازماندهی می کند، و تاثیرپذیری از گرانش نخواهد داشت، مگر این که نیروهای الکترومغناطیسی از گرانشی کمتر باشند. در واقع پلاسما حالتی از مواد به شکل گاز نیست، بلکه خودش به تنهایی، حالتی به نام پلاسما است!
فوران های خورشیدی از توده های عظیم ” گاز یونیزه شده” (پلاسما) که برجسته و شناخته شده است و همچنین فوران های خروجی تاج خورشیدی بر علیه جاذبه قوی خورشیدی ،  نشان دهنده این مورد ، می باشد. باد خورشیدی که از جنس پلاسما است، شامل ذرات باردار در حال حرکت می باشد که به عنوان جریان های الکتریکی شناخته می شود. این پدیده نه یک سیال است، نه یک باد و نه یک گاز داغ، که آن را در شرایط ساده تعبیر کنیم. باید با استفاده ار کلمات دیگری به جز دینامیک سیالات واقعیت پیچیده جریان های الکتریکی و پدیده های پلاسما که قدرتمند تر از گرانش هستند را نشان دهیم، واقعیتی که شامل پدیده های پلاسما و جریان های الکتریکی درون فضا در فواصل دوری که ما میتوانیم رصد کنیم می باشد.

solar-CME-SOHO2002
انتقال جرم تاج خورشید باعث تخلیه میلیاردها تن پلاسما به محیط بین سیاره ای میشود. خورشید به اندازه حلقه سفید در صفحه ی مستتر است، تصویر فضاپیمای SOHO

۲٫۳یونیزاسیون
ما می دانیم که فضا از میدانهای مختلف و مجموعه ای از ذرات متنوع ،که بسیاری از آنها باردار اند، در مقیاس های اتمی تا سیاره ای و ستاره ای و کهکشانی پر شده است. ذرات خنثی (اتم ها و مولکول هایی که تعداد پروتون و الکترون یکسان دارند(پادماده در این بحث در نظر گرفته نمی شود)، به وسیله بار مخالفشان شکل می گیرند و در مقابل، ذرات باردار طی عملی به اسم یونیزاسیون از اتم ها و مولکولها تشکیل می شوند.

اگر یک الکترون –که دارای یک بار منفی است- از یک اتم جدا شود، اتم با بار مثبت باقی خواهد ماند و الکترون جدا شده و اتم باقی مانده از یکدیگر جدا می شوند. به این فرآیند، عمل یونیزاسیون می گویند  و به اتم باقی مانده با بار مثبت، یون گفته می شود. ساده ترین اتم، هیدروژن، از یک پروتون (که هسته آن است) و یک الکترون تشکیل شده است. اگر هیدروژن یونیزه شود، در نتیجه یک الکترون آزاد و یک پروتون آزاد خواهیم داشت. یک تک پروتون ساده ترین نوع یون می باشد.

اگر اتم سنگین تر از هیدروژن یونیزه شود، می تواند یک یا تعداد بیشتری الکترون از دست بدهد. بار مثبت یون با تعداد الکترونهای کنده شده برابر است. یونیزاسیون می تواند برای مولکول ها نیز اتفاق بیوفتد و یا همچنین با اضافه کردن الکترون به اتم یا مولکول خنثی رخ دهد که باعث به وجود آمدن یون منفی می شود. ذرات گرد و غبار در فضا غالبا باردار هستند و امروزه مطالعه ی فیزیک پلاسمای این گرد و غبارها موضوع تحقیق در بسیاری از دانشگاه ها می باشد.
برای تبدیل اتم ها به یون بار مثبت و آزاد شدن الکترون به انرژی نیاز است. (به شکل توجه کنید)

ionization_energy_500x294
اولین انرژی یونیزاسیون در مقابل اعداد اتمی عناصر.

۳٫۳ آغاز و بقای یونیزاسیون
انرژی آغاز و بقای یونیزاسیون می تواند ناشی از ۱-انرژی جنبشی حاصل شده از برخورد بین ذرات پر انرژی (در دمای به اندازه کافی بالا) و یا ۲- از تابش به اندازه کافی شدید باشد. متوسط انرژی جنبشی تصادفی ذرات به طور معمول به عنوان درجه حرارت بیان می شود، و در برخی از موارد در سرعت های بسیار بالا با واحد الکترو ولت (eV) بیان می شود.

با تقسیم دمای کلوین (K) بر عدد ۱۱۶۰۴٫۵ دمای کلوین به eV تبدیل می شود. متقابلاً با ضرب کردن مقدار eV در عدد ۱۱۶۰۴٫۵ دما بر حسب کلوین بدست خواهد آمد.

شکل، انرژی یونش مورد نیاز لایه اول، یعنی بیرونی ترین الکترون یک اتم یا مولکول را نشان می دهد. الکترونهای بعدی بیشتر به هسته مقید هستند و برای یونیزاسیون انها به انرژی بیشتری نیاز داریم. ممکن است چند سطح از الکترونها از اتم هایی که در محیطهای بسیار پر انرژی وجود دارند، مانند آن الکترونهایی که داخل و یا اطراف ستارگان و جتهای کهکشانی هستند، جدا بشوند. توجه: این پلاسما های پر انرژی از منابع مهم الکترون و یون هستند که میتوانند با سرعت بسیار زیادی شتابدار شوند، که منابعی از پرتوهای کیهانی و تابشهای سینکروترون در بسیاری از طول موجها می باشند.
برای اطلاعات بیش تر پرتوهای کیهانی متصل به ابرهای پوششی که روی آب و هوای جهان ما موثر است در کتاب The Chilling Stars هنریک سونزمارک (Henrik Svensmark) گزارش شده است.

دما معیاری است برای اینکه ذرات چه مقدار انرژی جنبشی کاتوره ای دارند که به میزان برخورد ذرات و سرعت حرکتشان وابسته است. دما روی مرتبه یونیزاسیون پلاسما تاثیر می گذارد. میدانهای الکتریکی هم ردیف و هم تراز (موازی) با میدانهای مغناطیسی محلی (با شرط این که بدون اعمال نیرو خارجی و اضافی باشند) می توانند در پلاسما شکل بگیرند. ذرات شتابدار در شرایط همترازی میدان ها تمایل دارند که به جای حرکت تصادفی به صورت موازی حرکت کنند، و به تبع آن برخورد نسبتا کمی با هم دارند. تغییر مسیر حرکت ذرات از مسیر تصادفی به حالت موازی“dethermalization” گفته می شود.

در یک برخورد بین یک الکترون و یک اتم، یونیزاسیون در صورتی اتفاق می افتد که انرژی الکترون (دمای الکترون) از انرژی یونیزاسیون اتم بزرگتر باشد. به همین ترتیب در برخورد یک الکترون با یک یون، اگر الکترون به اندازه کافی انرژی داشته باشد، الکترون و یون دوباره با هم ترکیب نمی شوند. در واقع میتوان این حالت را با زمانی که الکترون سرعتی بیش از سرعت فرار یون داشته باشد تشبیه کرد که در این وضعیت الکترون در مدار اطراف یون گیر نمی افتد.

ionization-image

دیاگرام ساده از آزاد شدن الکترون ، در روند یونیزه شدن اتمی خنثی

دمای الکترون در پلاسماهای فضایی می تواند به محدوده صد تا میلیونها کلوین برسد. بنابرین پلاسماها میتوانند در حفظ حالت یونیزه خود موثر باشند. در واقع حالت جدایی بارها در پلاسمای فضایی طبیعی است.

منابع دیگر انرژی یونیزاسیون شامل: ۱٫ پرتوهای کیهانی با انرژی بالا که از مناطق دیگری وارد میشوند، ۲٫ پرتوهای پر انرژی و “یونیزه کننده” مانند نور فرابنفش شدید که از ستاره نزدیک بر روی گاز یا پلاسمای ضعیف می تابد، ۳٫ برخورد بین یک منطقه پلاسما و یک منطقه از گاز خنثی که در آن سرعت نسبی برخورد فراتر از سرعت بحرانی یونیزاسیون (CIV) است (این توسط هانس آلفون Hannes Alfvé، درباره یونیزاسیون بین گاز یونیزه نشده و پلاسمای مغناطیسی شده Rev. Mod. .فیزیک، جلد ۳۲، ص ۷۱۰، ۱۹۶۰ به چاپ رسید) و یا ۴٫ فرایندهای تابشی پرانرژی که در خود پلاسما ایجاد شده، می باشند.

nebula_ngc3603_474x310

فرایند بسیار پر انرژی مشاهده شده در سحابی NGC 3603 : ابرغول آبی Sher 25 با حلقه حلقوی و جتهای دو قطبی، (مرکز بالا)؛ قوس و حالت تابش تخلیه پلاسما به عنوان نشر سحابی (مناطق زرد و سفید)؛ خوشه داغ و آبی- WolfRayet و ستارگان جوان نوع O، با رشته های الکتریکی و پوشش دهی در سراسر مناطق پلاسمای گرد و غباری سحابی. عکس از: Hua -W. Brandner (JPL/IPAC), E. Grebel (U. of Washington), YouChampaign),-Chou (U. of Illinois, Urbana و تلسکوپ فضایی هابل ناسا.

در کیهان شناسی بیگ بنگ این طور تصور می شود که در جهان به اندازه ایجاد شدن و باقی ماندن یون های جداشده (یون های تک) و الکترون ها ، انرژی وجود ندارد، در نتیجه این یون ها و الکترون ها نمیتوانند وجود داشته باشند. از طرف دیگر، هر زمان که یون و الکترونها در یک اتم با هم ترکیب میشوند، انرژی  آزاذ می شود. در مدل بیگ بنگ عقیده بر این است که الکترون ها و پروتون ها قبل از اتم ها ساخته شده اند، پس باید مقدار عظیمی از انرژی هنگام تشکیل اتم در جهان آزاد شده باشد. پس ممکن به نظر می رسد که اگر مدل بیگ بنگ درست باشد، این انرژی هنوز هم باید در دسترس تعداد زیادی از اتمها برای دوباره یونیزه شدن قرار بگیرد. متعاقبا این نیز ممکن به نظر می رسد که همه الکترونها و پروتونها بعد از انفجار بزرگ (بیگ بنگ) به اتم ترکیب نشده اند.

لازم به ذکر است که مدل جهان الکتریکی بر مدل بیگ بنگ تکیه ندارد. مدل الکتریکی به سادگی می گوید که ما الکترونها و یونها را هر جای جهان که نگاه کنیم میابیم؛ پس آنها وجود دارند و احتمالا به تعداد زیادی هم هستند. تلسکوپ هایی که قابلیت رصد فوتونهای پر انرژی را دارند، مثل چاندرا Chandra (اشعه ایکس) ، EIT، تصویر نگارفرابنفش قوی تعبیه شده بر تلسکوپ رصد خورشید SOHO، گواه وجود منابع انرژی یونیزاسیون در نقاط دور و نزدیک کیهان می باشد. اینکه بگوییم یونهای سیار و الکترونها نمی توانند در مقیاسهای بالا وجود داشته باشند آن هم به این دلیل که انرژی کافی برای بوجود آمدن آنها در جهان وجود ندارد همانقدر اشتباه است که بگوییم کل عالم به همان دلیل نمی تواند وجود داشته باشد.
و این یکی از اختلاف منظرهای اصلی مدل جهان الکتریکی با کیهان شناسی بیگ بنگ است.
۴٫۳ تحقیقات پلاسمایی

birkeland_terella_1904_450x2721

دانشمند نوروژی کریستین بیرکلند در کنار ساخته اش تِرِلا (زمین کوچک)، گوی کوچک شبیه سازی میدان مغناطیسی پلاسما در خلا سال ۱۹۰۴

اگر چه پلاسما ممکن است در زیست کره ی زمین معمول نباشد، در رعد و برق به شکل های مختلف، شفق های قطب جنوب و شمال، جرقه های الکترسیته ساکن، جرقه های مشتعل زا، انواع شعله ها(فصل ۲, ¶۲٫۶ را ببینید)، در لوله های خلا لامپ ها، در قوس الکتریکی جوشکاری، کوره های قوس الکتریکی، تخلیه های الکتریکی، مشعل های پلاسما برای دفع زباله های سمی، لامپ های نئون و فلوئورسنت دیده می شود.

رفتار پلاسما به طور گسترده در آزمایش های آزمایشگاهی برای بیش از ۱۰۰ سال مورد مطالعه قرار گرفته است. تحقیقات منتشر شده ی زیادی به وسیله ی آزمایشگاه های مختلف و سازمان های حرفه ای،ازجمله موسسه مهندسان برق و الکترونیک(IEEE)، که امروزه بزرگترین سازمان فنی و حرفه ای در جهان است بر روی حرکت پلاسما وجود دارد،.که یک ژورنال به نام تراکنش ها در علم پلاسما منتشر می کند.

ما بر بسیاری از این تحقیقات در ادامه ی این راهنما برای شرح رفتار پلاسما تکیه خواهیم کرد.یک نکته که باید به یاد داشته باشید آن است که رفتار پلاسمایی در مقیاس های گوناگون نشان داده شده است. ما می توانیم نمونه هایی در مقیاس کوچک از پلاسما را در آزمایشگاه تست کنیم و می دانیم که نتایج قابل مشاهده را می توان به ابعاد کوچک لازم برای توضیح رفتار پلاسما در فضا تبدیل کرد.

Bellans_plasma_physics_lab_CalTech_450x309

چنبره ی خلا آزمایشگاهی پلاسما در مرکز تحقیقاتی پلاسمای دانشگاه کالیفرنیا در دست دکتر پاول بِلان : سال ۲۰۰۸ Cal Tech

 

۵٫۳پلاسما و گازها

به علت وجود ذرات باردار، یونها،الکترون ها وذرات گرد و غبار باردار ،پلاسما ی کیهانی ، متفاوت با گاز خنثی در حضور میدان های الکترومغناطیسی رفتار می کند.

نیروهای الکترومغناطیسی باعث می شود که ذرات باردار حرکتی متفاوت از اتم های خنثی داشته باشند. حرکت پیچیده ی پلاسما می تواند از این نوع حرکات جمعی منجر شود.

توانایی پلاسما برای تشکیل سلول ها و رشته ها در مقیاس بزرگ یک ویژگی رفتاری قابل توجه است. در واقع به علت رفتار تقریبا زنده و شباهت های پلاسمای کیهانی به پلاسمای خون است که پلاسمای کیهانی به این نام شناخته می شود.

سلولاریزاسیون پلاسما باعث دشواری در ارایه ی مدل دقیق می شود.استفاده از اصطلاح گاز یونیزه گمراه کننده است چون بیان می کند که حرکت پلاسما را می توان از رفتارگاز یا دینامیک سیالات شرایط خاص نشان داد. اما این طور و با شرایط ساده نمی توان درباره پلاسما حرفی زد.

آلفون و آرنیوس در سال ۱۹۷۳ در تکامل منظومه شمسی نوشته اند:

” به وسیله اصطلاح گاز یونیزه شده و واژه ی پلاسما تفاوت اساسی {در ارایه مدل} تاحدی نشان داده شده است ، اگرچه در واقعیت یکی هستند، ولی انتقال مفاهیم به طور کلی متفاوت است. جمله ی اول درک متعادلی به ما می دهد که اساسا شبیه گاز است، به خصوص گاز اتمسفر که ما بیشتر با آن آشنا هستیم. در مقابل این،یک پلاسما، به خصوص پلاسمای مغناطیسی به طور کامل یونیزه، یک واسطه با خواص کاملا متفاوت است.”

۶٫۳ رسانایی الکتریسیته

پلاسما شامل ذرات باردار جدا شده است که می توانند آزادانه حرکت کنند. به یاد داشته باشید که طبق تعریف، ذرات متحرک یک جریان را تشکیل می دهند، ما می توانیم ببینیم که پلاسما می تواند الکتریسیته را هدایت کند. در واقع، پلاسما شامل یون ها و الکترون های آزاد است،الکتریسیته به وسیله ی یک یا هردو نوع بار هدایت می شود.

در مقایسه،هدایت در یک فلز کاملا به علت حرکت الکترون های آزاد است چون یون ها به شبکه ی بلوری مقید هستند. این بدان معنی است که پلاسما رسانایی کارآمد تر از فلزات می باشد، همانطور که الکترون ها و یون های مشابهشان هردو در زیر نیرو های اعمال شده آزاد در نظر گرفته می شوند.

compact-fluorescent-bulb

بهره وری از رسانای پلاسمایی در چراغ های فلوئورسنت فشرده که به سرعت در حال جایگزین شدن با بسیاری از رشته های فلزی در منابع نوری است. (مقاومت در برابر حرارت)

۷٫۳ مقاومت الکتریکی پلاسما

در مدل گرانشی،پلاسما اغلب برای سادگی یک رسانای کامل با مقاومت صفر فرض می شود. اما،همه ی پلاسما ها یک مقاومت کوچک غیر صفر دارند. این اساسی برای درک کامل الکتریسیته در فضا است. از آنجا که پلاسما دارای یک مقاومت کوچک غیر صفر است، قادر است که میدان های الکتریکی ضعیف را بدون اتصال کوتاه در خودش حفظ کند.

رسانای الکتریکی یک ماده توسط دو عامل تعیین می شود: تراکم جمعیت حامل های بارموجود در ماده (یون ها و الکترون ها) و میزان آزادی حرکت این حامل های بار.

در فضای پلاسما،تحرک حامل های بار بسیار بالاست زیرا به علت تراکم بسیار کم ذرات و دمای کم یونها، آن ها در برخورد بسیار کمی با ذرات دیگر قرار می گیرند. از سوی دیگر، چگالی حامل های بار موجود نیز بسیار پایین است، و ظرفیت پلاسما در حمل جریان را محدود می کند.

مقاومت الکتریکی در پلاسما که یک مقدار ناچیز غیر صفر است،که به عکس تحرک و چگالی بار ایجاد شده بستگی دارد.

از آنجا که یک میدان مغناطیسی به ذرات باردار در حال حرکت در جهت عکس میدان برای تغییر جهت نیرو وارد می کند، مقاومت در جهت عکس میدان مغناطیسی به طور موثر از مقاومت در جهت میدان مغناطیسی بسیار بالاتر است. این زمانی مهم می شود که به دنبال رفتار جریان الکتریکی در پلاسما هستیم.

اگر چه پلاسما رسانای بسیار خوبی است ولی یک رسانای کامل یا ابررسانا نیست.
۸٫۳ مبحث ایجاد اختلاف بار الکتریکی
(میدان مغناطیسی قوی مشتری، باعث ایجاد اختلاف پتانسیل و شدت جریانی شده است که میدان الکتریکی تقریبا به انداره ۲ تریلیون وات را بین خود و قمر (یو) ایجاد کرده است، در این میدان لایه های نازک یونی، حامل یون های شتاب دار دیده می شوند.)

در حجم بسیار زیاد پلاسما تمایل دارد که به مقدار مساوی بار مثبت و منفی داشته باشد، زیرا هرگونه عدم تعادل بار به آسانی توسط حرکت الکترون های پر انرژی خنثی می شود. بنابراین این سوال مطرح می شود که اگر پلاسما یک رسانای خوب است و تمایل دارد به سرعت و خود به خود خنثی شود. چگونه نواحیِ با تفاوت در بار الکتریکی وجود دارد؟

در یک مقیاس کوچک، در حدود ده ها متر در یک فضای پلاسما، تغییرات طبیعی به عنوان یک نتیجه از تغییرات تصادفی در جنبش های الکترونی رخ خواهند داد، و این پدیده یک منطقه کوچک خنثی را به صورت موقتی به وجود می آورد.

در مقیاس بزرگتر، بارهای مثبت و منفی در حال حرکت در یک میدان مغناطیسی به طور خودکار تا حدی جدا می شوند، زیرا نیروهای میدان با بارهای مثبت و منفی در دو جهت مخالف هستند. این باعث می شود مناطق با بارهای مختلف پدیدار شوند و به حرکت در میدان مغناطیسی ادامه می دهند.
در نتیجه تحت تاثیر یک میدان الکتریکی، بارهای جداشده باعث بیش تر شدن شتاب یون ها و الکترون ها در جهت مخالف می شود. به عبارت دیگر، در لحظه ای که یک ناهمگونی کوچک ایجاد می شود، این ناهمگونی منجر به شروع یک رفتار پیچیده از پلاسما می شود.
IoJupiter-ring-current-image
علاوه بر این ها، رفتارهای پلاسما به صورت رشته ای و سلولی لایه های نازکی با بارهای جدا شده می سازد، اگرچه این لایه ها نازک هستند اما آنها می توانند در مناطق وسیعی از فضا ادامه پیدا کنند.

۹٫۳ “مسائل مهمی که باید درباره رفتار پلاسما دانست”

نکته ضروری که باید در نظر گرفت زمانی است که پلاسمای فضایی (پلاسمای موجود در فضا) اغلب کاملا بر خلاف یک گاز ، رفتار می کند.
ذرات باردار که از ویژگی های تعیین کننده پلاسما هستند در میدان های الکترومغناطیسی که خود این ذرات می توانند تولید کنند ، تحت تاثیر قرار می گیرند.
در حالت خاص، رشته ها و سلول های پلاسما ،درون پلاسما ایجاد می شوند، که به همین خاطر پلاسما نامیده می شود .
به طور کلی رفتار پلاسما کمی مانند رفتار فراکتال ها است. هر دو، سیستم های پیچیده ای هستند که از قواعد رفتاری نسبتا ساده ، منشا گرفته اند. اما برخلاف فرکتال ها در پلاسمایی که تحت تاثیر بی ثباتی باشد، رشته هایی با لایه های بیشتر و پیچیده تر اضافه خواهد شد
هر مدل نظری یا ریاضی از کیهان که دارای این پیچیدگی ها نیست، حتما در آن، قسمت مهمی از رفتار سیستم نادیده گرفته شده و یا دقت این مدل به کلی دچار اشتباه می شود.

 

M87-jet-annotated-small1-550x633

کهکشان فعال M87 در خوشه سنبله در فاصله ۵۰۰۰ سال نوری جریان الکتریکی خود را در امتداد رشته های پلاسما (جت) بصورت گره ها و پیچ خوردگی های درخشان نشان می دهند. تصویر: تلسکوپ فضایی هابل/ناسا

https://www.thunderbolts.info/wp/2011/10/25/essential-guide-to-the-eu-chapter-3/

مترجمین راهنمای ضروری جهان الکتریکی:

فرزین حسینی، سبا حفیظی، نسترن ختایی، سمانه فتحیه، ساناز مفیدی احمدی، فرشته معماریان، پروین هویدا و ثمین یزدی

هرگونه کپی برداری تنها با ذکر نام “بخش فارسی پروژه بین المللی آذرخش” امکان پذیر می باشد

در باره نویسنده / 

مدیریت

مطالب مرتبط

ارسال پاسخ

ایمیل شما نمایش داده نمی‌شود. موارد مورد نیاز علامتگذاری شده است *

The Thunderbolts Project

پر بیننده ها

  • mag_field_current_450x370

    میدان های الکتریکی و مغناطیسی در فضا

    ۲ توان گرانش و نیروهای الکتریکی میتوان گفت گرانش نیروی نسبتا ضعیفی است. نیروی الکتریکی کولنی بین یک پروتون و یک الکترون در حدود ۱۰ به توان ۳۹ بار قوی تر از نیروهای گرانشی بین آنهاست. چهار نیروی بنیادین در فیزیک اثرات متقابل هردو میدان گرانشی و الکترومغناطیسی به صورت نامحدودی ادامه دارد.  نیروی نسبی…

  • عضوگیری

    عضوگیری بخش فارسی پروژه آذرخش – فروردین ۹۶ (تمدید شد)

    بخش فارسی پروژه بین المللی آذرخش، تعدادی محدود عضو فعال “ناپیوسته” می پذیرد. انواع عضویت در آذرخش پارسی: ۱٫ عضویت ناپیوسته: ویژه دانشجویان مقطع کارشناسی دارای مهارت لازم زبان انگلیسی هر عضو ناپیوسته طی یک بازه زمانی یک ساله در این مجموعه عضویت داشته و از کلیه امکانات لازم بهره ور خواهد شد، این بازه…

  • plasma_lab_450x303

    پلاسما

    ۳ معرفی پلاسما مسئله اینکه جهان از پلاسما تشکیل شده است برای همه شناخنه شده است. در واقع، پلاسما رایج ترین نوع ماده در جهان است. در مکان های مختلف مانند: آتش، چراغ های نئون، و رعد و برق بر روی زمین و فضای کهکشانی و بین کهکشانی یافت می شود. تنها دلیلی که ما…

آخرین دیدگاه ها

بخش فارسی پروژه آذرخش

پروژه تحقیقاتی بین المللی، در زمینه ترویج عمومی و یا مطالعه تخصصی مدل های نوین در علوم طبیعی
بخش فارسی آن تحت نظارت بخش مرکزی، از اسفند ماه سال 1391 با محوریت مطالعه و بررسی مدل های نوین نجومی آغاز به کار نموده است.