Cтраница 3
Эта ситуация очень далека от газа, и даже от жидкой фазы, но напоминает скорее твердое тело - кристалл. Таким образом, и в макро -, и в микродинамике плазма, будучи более высокотемпературной фазой, нежели газ, обнаруживает свойства, присущие конденсированным средам, что и дает основания говорить о четвертом состоянии вещества. Из (12.16) можно видеть, что условие ND 1 может быть выполнено для плазмы либо достаточно горячей, либо достаточно разреженной. Поэтому удовлетворяют этому условию объекты столь различной природы, как термоядерная плазма в лабораторных условиях и холодная, но очень редкая плазма межзвездной среды. [31]
Плазмой называется вещество, находящееся в частично или полностью ионизованном состоянии и состоящее из положительно и отрицательно заряженных частиц в такой пропорции, что общий заряд равен нулю. Следовательно, плазма - это электрически нейтральная в макроскопическом масштабе смесь, в каждом кубическом сантиметре которой содержится пк электронов, пг положительных ионов, я в низкотемпературной плазме еще и па нейтральных атомов или молекул. Плазму часто называют четвертым состоянием вещества, так как ее свойства резко отличаются от свойств тех же веществ, находящихся во всех других известных состояниях. [32]
Твердое состояние является предельным для всякого вещества при низких температурах или высоких давлениях. Газовое состояние также является предельным, но при высоких температурах и низких давлениях. XVIII мы рассмотрим плазму как четвертое состояние вещества при еще более высоких температурах, при которых происходит ионизация. Жидкое состояние является не предельным, а промежуточным между газовым и твердым. Очевидно, что при температурах, близких к критическим, исчезают отличия между жидкостью и газом, а при близких к температуре плавления некоторые свойства жидкости приближаются к свойствам твердого тела. Эти обстоятельства обусловливают трудность построения теории жидкого состояния. Для газов существует идеальное предельное состояние - идеальный газ, которое точно и просто описывается теоретически. При описании реальных газов рассматриваются отклонения от законов идеальных газов. Подобное идеальное состояние - монокристаллическое - имеется и у твердых тел. Это состояние также служит основой для описания реальных кристаллов. [33]
Благодаря развитию теории катастроф результаты Давида Альбертовича и его сотрудников обобщаются на множество областей, на первый взгляд, внешне далеких от горения и взрыва, - от механики полимеров до биологических явлений. Большое значение имеют работы Давида Альбертовича по теории плазмы. Его популярная книга Плазма - четвертое состояние вещества остается и сегодня лучшим введением для молодежи в физику плазмы. [34]
Свойства плазмы резко отличаются от свойств нейтральных газов. Это определяется, с одной стороны, коллективным взаимодействием большего числа частиц за счет кулоновских сил притяжения и отталкивания, с другой - появлением объемных зарядов и токов, специфических свойств вследствие более сильного действия на плазму электрических и магнитных полей. Указанные отличия позволяют рассматривать плазму как особое, четвертое состояние вещества. [35]
Плазма подчиняется газовым законам и во многих отношениях ведет себя как газ. Почему же тогда мы говорим о плазме как новом, четвертом состоянии вещества. Новые, необычные свойства плазмы проявляются тогда, когда на нее действует сильное магнитное поле. Такую плазму называют замагниченной. [36]
Жидкий гелий широко используется как охладитель при низкотемпературных исследованиях, но особый теоретический интерес представляет само по себе его поведение в жидком состоянии. Жидкий Не3 ведет себя нормально, но при охлаждении жидкого Не4 ( составляющего около 100 % атмосферного гелия) от температуры кипения при 1 атм до 2 178 К происходит переход от нормального жидкого гелия I в удивительную форму, называемую гелием II. При температуре перехода ( у-точка) происходят также внезапные изменения теплоемкости, сжимаемости и поверхностного натяжения, и гелий II иногда называют четвертым состоянием вещества. Точка несколько повышается при увеличении давления. Твердый гелий может быть получен только в условиях высокого давления ( около 25 атм) даже при самых низких достижимых температурах. [37]
Типы движения, возможные в плазме, при малых значениях волнового вектора определяются дальне-действующим кулоновским взаимодействием. Они представляют собой наглядное макроскопическое проявление специфического коллективного поведения частиц, которые, так сказать, связаны взаимодействиями. Здесь мы убеждаемся в справедливости известного утверждения, заключающегося в том, что плазму следует считать четвертым состоянием вещества, а не газом какого-то особого рода. [38]
Такое же действие, как и внешнее электрическое поле, могут оказывать друг на друга ионы и полярные молекулы. Различают три вида этих сил: электростатические, индукционные и дисперсионные. Первые возникают между ионами или полярными молекулами; вторые - при взаимодействии ионов ( или диполей) с неполярными молекулами; третьи носят общий характер и обусловлены мгновенными диполями, возникающими при движении электронов в молекулах. Все вещества могут находиться в газообразном, жидком и твердом состояниях. В настоящее время отличают еще и четвертое состояние вещества - плазменное, наступающее выше 5000 С. Плазменное состояние связано с диссоциацией молекул и с образованием из них положительно заряженных ионов и свободных электронов. [39]
Жидкий 3Не является нормальной жидкостью, но 4Не проявляет особые свойства, не присущие ни одному из известных веществ. Жидкость, образующаяся при 4 18К ( Не I), имеет свойства нормальной жидкости. При дальнейшем охлаждении до 2 178е К и давлении 1 атм образуется так называемый Не II. Температуру этого превращения называют - точкой, она незначительно изменяется с изменением давления. Переход Не I в Не II сопровождается исчезновением некоторых физических свойств. Не II обладает настолько небольшой вязкостью, что ее можно измерить только самыми чувствительными методами. Кроме того, Не II имеет огромную теплопроводность. Он образует исключительно тонкие пленки, толщиной всего в несколько сот атомов, скользящие как бы без трения. Некоторые исследователи рассматривают Не II как четвертое состояние вещества. В настоящее время не представляется возможным дать полного теоретического объяснения этих свойств гелия. [40]
Жидкий 3Не является нормальной жидкостью, но 4Не проявляет особые свойства, не присущие ни одному из известных веществ. Жидкость, образующаяся при 4 18 К ( Не I), имеет свойства нормальной жидкости. При дальнейшем охлаждении до 2 178 К и давлении 1 атм образуется так называемый Не II. Температуру этого превращения называют А-точкой, она незначительно изменяется с изменением давления. Переход Не I в Не 11 сопровождается исчезновением некоторых физических свойств. Не II обладает настолько небольшой вязкостью, что ее можно измерить только самыми чувствительными методами. Кроме того, Не II имеет огромную теплопроводность. Он образует исключительно тонкие пленки, толщиной всего в несколько сот атомов, скользящие как бы без трения. Некоторые исследователи рассматривают Не II как четвертое состояние вещества. В настоящее время не представляется возможным дать полного теоретического объяснения этих свойств гелия. [41]
Отличительные свойства плазмы связаны с тем, что в ее состав входят частицы, обладающие электрическим зарядом. Новые, необычные для нейтрального газа свойства плазмы обусловлены тем чрезвычайно сильным воздействием, которое оказывают электрические и магнитные поля на движение заряженных частиц. На нейтральные частицы электрические и магнитные поля оказывают гораздо меньшее воздействие. В газе нейтральных частиц информация о локальном изменении состояния, например об увеличении концентрации частиц в каком-либо месте, передается лишь в результате столкновений частиц. В плазме картина иная. В отличие от нейтральных частиц, которые взаимодействуют друг с другом только на малых расстояниях, заряженные частицы взаимодействуют с помощью дальнодействующих кулоновских сил. При локальном изменении состояния в плазме возникают электрическое и магнитное поля, которые действуют на всю плазму в целом. В результате в плазме возникают коллективные движения частиц - колебания и волны. Скорость передачи информации о локальных возмущениях определяется скоростью распространения электромагнитных волн в плазме. Именно наличие таких специфических коллективных процессов в плазме - волн, в которых происходят колебания как частиц плазмы, так и сопровождающих движение заряженных частиц электромагнитных полей - и позволяет говорить о плазме как о четвертом состоянии вещества. [42]