Maddenin Plazma Hali

08.08.2017 - 13:39

Maddenin katı, sıvı ve gaz hallerini biliyoruz. Maddenin halleri konusu bu alanı inceler.

Günlük hayatta pek görmediğimiz ancak fizikte karşımıza çıkan maddenin bir de plazma hali vardır. Bu yazıda maddenin plazma halini inceleyeceğiz. Yazı boyunca öğreneceklerimiz ise şöyledir:

Plazma nedir?
Plazma nasıl oluşur?
Plazma özellikleri
Plazma çeşitleri
Plazma örnekleri

Plazma Nasıl Oluşur?

Maddenin 4. hâli olan plazma, sürekli hareket eden ve etkileşen yüklü parçacıklar topluluğudur. Yüksek sıcaklık hâlinde plazmada elektron, proton ve nötron arasında parçacık alışverişi ile sürekli atomlar iyonlaşır ve birbiriyle çarpışır.

Plazma içindeki (–) yük sayısı ile (+) yük sayısı birbirine eşittir, yani nötrdür. Plazma nötr müdür değil midir sorusunu da böylece cevaplamış olduk.

Plazmada neler bulunur?

İyonlaşmış gaz
Uyarılmış atomlar
Elektron ve protonlar
Yüksüz atomlar ve moleküller

Plazma halin gelen özellikleri

İyi bir iletkendir. Elektriği ve ısıyı iletir.
Elektrik ve manyetik alanla etkileşir.
Kimyasal reaksiyonları çok hızlıdır.
Yüksek sıcaklık ve enerji yoğunluğuna sahiptir.

Normal Bir Gazla Plazma Arasındaki Farklar

Gazlar yalnızca elektriksel olarak nötr atom veya moleküllerden oluşur. Plazmada ise nötr parçacıkların yanı sıra özgür elektron ve iyonlar bulunur.

Gazlarda yalnızca ses dalgaları üretilir. Plazmada ise plazma titreşimleri ve plazma dalgaları oldukça sık görülür.

Elektrik ve manyetik alan plazmayı hareket ettirebilir, şekil verebilir veya şeklini değiştirebilir.

Laboratuvarlarda Plazma Nasıl Üretilir?

Laboratuvar ortamında katı bir cisme ısıtma yoluyla enerji aktarılırsa sıvı durumuna geçer. Sıvılaşmış olan aynı cisme buharlaşma ısısı aktarılırsa gaz hâline geçer. Gaz hâldeki cisme daha fazla enerji aktarılırsa iyonlaşır. Elektronlar çekirdek çekiminden kurtularak serbest bir elektron uzayı oluşturur. Böylece maddenin 4. hâli olan plazmaya geçilmiş olur. Plazmaya daha fazla enerji verirsek önce sıvı, daha sonra gaz hâle geçer.

Laboratuvarlarda yapılan plazma çalışmaları düşük basınç altında gerçekleştirilir. Bu çalışmalarda daha çok, oda sıcaklığında ve normal atmosfer basıncında gaz durumunda bulunan hidrojen, helyum, azot ve argon gazları kullanılmaktadır.

Plazma Çeşitleri

Plazmaların sınıflandırılırken öncelikle sıcak ve soğuk plazmalar olarak ikiye ayrılır.

Sıcak Plazmalar: Güneş, güneş rüzgârları, yıldızlar, şimşek, yıldırım ve magma sıcak plazmalara örnektir. Dünyadaki sıcak plazmalar, laboratuvarlarda gazların çok yüksek sıcaklıklara kadar ısıtılmasıyla oluşur.

Soğuk Plazmalar: Aurora (Kuzey ve Güney Kutup Işıkları) ve iyonosfer soğuk plazmaya örnektir. Soğuk plazmalar ışınım yoluyla ya da normal sıcaklıklarda atomların yüksek enerjili parçacıklarla bombardımanı ile oluşturulur. Floresan lamba, neon lambası, plazma topu, plazma tabancası ve buhar lambası insan yapımı soğuk plazmalardır.

Yıldızlar ve Güneş’ten dünyamıza ulaşan ışınların bazıları Dünya’nın manyetik alanı tarafından hapsedilir ve Van Allen kuşakları oluşur. Bu ışınım, yüklü parçacıkların manyetik alan çizgileri boyunca hareketleri esnasında görülür.

Bu yüklü parçacıklar kutupların üzerinde olduğundan zaman zaman Dünya atmosferindeki atomlarla çarpışarak onların görünür ışık yaymalarına sebep olur. İzleyenlere nefis bir göz ziyafeti sunan Kuzey ve Güney kutup ışıkları (Aurora Bolaris ve Aurora Australis) bu şekilde oluşur. Bu olayda etken Güneş rüzgârlarıdır. Bunların çarpışmasıyla iyonlaşan moleküllerin oluşturduğu ortam bir plazmadır.

Plazma Örnekleri

Hem soğuk hem de sıcak plazmalara örnekler verelim.

Uzayda görülen plazmalar

Güneş
Güneş rüzgârları
Yıldızların iç bölgeleri
Jüpiter’in iyon küresi
Yıldızlar arası ortam

Dünya’da görülen plazmalar

Şimşek
Magma
Yıldırım
İyonosfer (Termosfer)
Kuzey ve Güney kutup ışıkları

İnsan yapımı plazmalar

Patlamalar
Neon lambalar
Floresan lambalar
Cıva ve sodyum
Buhar lambası
Plazma TV
Elektronik çip
Ateş veya alev
Füzyon çalışmaları
Plazma tabancaları
Klima
Plazma topu

Floresan ve neon lambalarının içindeki gaz, elektron bombardımanına maruz bırakılırsa uyarılan gaz atomları plazma hâlini alır. Bunun sonucunda argon mavi, helyum pembe, sodyum sarı ışık yayar. Işıklı reklam tabelalarının yapımında bu yöntem kullanılır.

Güneş dev bir ateş topudur ve plazma hâlindeki maddeden oluşur. Güneş, enerjisini füzyon tepkimelerinden alır. Güneş gibi evrendeki diğer yıldızlar ve nebulalar (yıldızların ilk oluşum evreleri) plazma hâldedir.

Bulutların sürtünmesi sırasında milyonlarca voltluk potansiyel fark oluşur. Bu potansiyel enerji ile oluşan elektrik boşalması sonucu şimşek ve yıldırımlar oluşur. Tam bu anda sıcaklık 30000 K değerine ulaşır ve gazlar plazma hâlini alır.

Plazma TV ekranları, ince plazma hücresinden meydana gelir. Her hücre üç alt hücrenin birleşiminden oluşur. Bu hücreler mavi, yeşil ve kırmızı renktedir. Elektronlar ile hücrelerdeki gazlar çok kısa sürede elektrik yüklenerek ışık yayarlar ve görüntü oluşur.

Güneş'in yaydığı ışık içinde bulunan mor ötesi ışınlar, atmosferin dış yüzeyindeki molekülleri etkileyerek bu yüzeyde iyonlaşmaya neden olurlar. İyonlaşan bu maddeler iyonosferi oluşturur. İyonosfer plazma hâldedir.

Yanmada gözlenen ateş kısmen plazmadır. Bir ateşin gaz mı plazma mı olduğunu anlamak için bir mıknatıs yaklaştırılır. Eğer alev mıknatısa tepki verirse plazmadır. Çünkü plazma elektrik ve manyetik alandan etkilenir.

Plazmanın Kullanım Alanları

Günümüzde plazma araştırmalarının en önemli dalı, denetim altındaki termonükleer çalışmalardır. Bu çalışmaların amacı, Güneş’te süregelen çekirdek tepkimelerini, denek odalarında gerçekleştirip yerde küçük ölçekli bir yıldız oluşturmak ve ürettiği enerjiyi insanlığın kullanımına sunmaktır. Bu yöntemle enerji üretmek diğer tekniklere göre oldukça temizdir. Doğaya olumsuz hiçbir etkisi yoktur.

Plazma teknolojisi, günümüzde tıp, endüstri, savunma sanayisi ve gıda alanlarında kullanılmaktadır. Otomobil, kağıt, elmas, elektronik çip yapımı, kristal büyütme, radar araştırmaları, kaya ve metal kesimi, roket fırlatımı, gıda sterilizasyonu gibi bir çok dalda plazmadan yararlanılmaktadır.

Özellikle tıp alanında soğuk plazma teknolojisi ile kanser, AIDS, kolera, Ruam hastalığı, veba, çiçek, sıtma, tifo ve konserve zehirlenmelerine karşı ümit verici araştırmalar yapılmaktadır.

Etiketler:

fizik

Yorumlar

Yorum Yap