Maddenin 4.Hali - Plazma Nedir?

Kitap Kategori: 
Maddenin 4.Hali - Plazma Nedir?

Bu zamana kadar süregelen madenin 3 hali klişesi yavaş yavaş okullarda da yerini maddenin 4 haline bırakmaya başlıyor. Fiziksel hali için tanımlaması yapılamayan bazı maddeler 4. hal olarak ifade edilen plazma haline dahil ediliyor.  Plazma nedir? Plazma halin özellikleri nelerdir? Plazma halinde tanecikli yapı nasıldır? Şimdi bunlara bir göz atalım.

Plazma; bütünüyle elektriksel olarak nötral olan ve rasgele doğrultularda hareket eden pozitif ve negatif yüklü parçacıklar topluluğudur.  Plazma içindeki yüklü parçacıklar birbirinden bağımsız hareket ederken, sistem bütünüyle sanki yüksüzdür.  Bu nedenle plazma içindeki parçacıkların hareketi bireysel değil kollektiftir.

Maddeyi oluşturan atomların enerjisi bakımından plazma; katı, sıvı ve gaz hallerinden farklı olarak maddenin dördüncü halidir.  Gaz halindeki bir maddeye yeterli enerji verilirse maddenin dördüncü hali plazma üretilebilir.  Örneğin atmosfer basıcında su 100oC’ye ısıtılırsa buharlaşır ve gaz haline gelir.  Su buharı 100.000 oC’nin üzerine ısıtılırsa plazma haline getirilebilir.  Plazma; maddeye ısı enerjisi gibi elektrik, ışık, nükleer veya kimyasal enerji verilerek de üretilebilir.  Plazma için iyonlaşmış gaz tanımı yapılsa da bu tamamıyla doğru değildir.  Plazmanın en önemli özelliği yüklü parçacıklardan oluşmasına rağmen sanki yüksüz gibi davranmasıdır.  Bununla birlikte bir sistemin plazma olabilmesi için birim hacimde kritik değerde yüklü parçacık olması gerekir.

1808 yılında Sir Humpry Davy tarafından kararlı-hal dc ark deşarjın geliştirilmesi ve 1830’ lu yıllarda Michael Faraday ve arkadaşları tarafından, yüksek voltaj dc elektriksel deşarj tüpünün geliştirilmesi, maddenin dördüncü halinin keşfine neden olan ilk çalışmalar olmuştur.  Gazlarda elektriksel deşarj daha sonra Sir William Crookes tarafından incelenmiş ve Crookes 1879' da iyonlaşmış bir gazın; "MADDENİN 4. HALİ" olduğunu ifade etmiştir.  1926 yılında F. M. Penning, alçak basınç civa buharında radyo dalgası titreşimlerini bulmuştur.  1929 yılında Irving Langmuir bu titreşimlerin bulunduğu bölge için ilk kez "PLAZMA" terimini kullanmıştır. 1932 yılında I. Langmuir plazma üzerindeki çalışmalarında Kimya dalında, 1970 yılında İsveçli Hannes Alfven "Plazmaya verilen pertürbasyonun manyetik alan yönünde plazma frekansı ile yayılması" çalışması ile Fizik dalında Nobel ödülü almışlardır.

Çevremizde gördüğümüz plazmalar, a) Mum alevi, b) floresan lamba, c) şimşek, d) güneş.

M.Ö. filozofları, tüm evrenin toprak, su ve havadan oluştuğunu söylemişlerdir.  Bunların, maddenin katı, sıvı ve gaz halinde olduğunu da şüphesiz bilmekteydiler.  Ancak ateşi herhangi bir sınıflandırmaya koyamıyorlardı ve yalnızca enerjinin bir hali olarak düşünüyorlardı.  Ateşin ne olduğunu anlamamız biraz uzun sürse de bugün ateşin maddenin dördüncü hali plazma olduğu bilinmektedir.  Plazmayı daha yakından görmek istiyorsanız daha önce pek çok kez yaptığınız gibi bir kibrit ya da çakmak yakın ve daha yakından inceleyin.  Eğer imkanınız varsa, bir mum alevini iki plaka arasına yerleştirip bu plakalara dc voltaj uygulayın.  Mum alevinin uygulanan voltaj doğrultusunda saptığını göreceksiniz (Mum alevinin uç kısmı eksi kutuba, alt kısmı ise artı kutuba yönelir).  Hatta bu plakalara ac voltaj uygulayarak muhteşem bir plazma hareketi izleyebilirsiniz.  Günlük hayatta ateş gibi çok bildiğimiz floresan lambalar, büyük restoran ve eğlence yerlerinde kullanılan neon lambalar, şehirlerin gece aydınlatılmasında kullanılan sarı renkli sodyum lambaları da plazmadır.  Az bildiğimiz fakat çok kullandığımız plazma, içinde bulunduğumuz evrenin % 99' unu oluşturmaktadır.

Maddenin 4 Hali - Katı - Sıvı - Gaz - Plazma
Şekil- Maddenin dört hali.  Katı haldeki bir maddeye sürekli enerji aktarılırsa örneğin ısıtılırsa maddenin diğer halleri elde edilebilir.

Bilindiği gibi termal dengedeki katı bir madde, genelde sabit bir basınçta, sıcaklığının arttırılması ile sıvı haline geçer.  Sıcaklık biraz daha arttırılırsa sıvı, gaz haline geçer. Yeterince yüksek bir sıcaklıkta gaz içindeki moleküller, rasgele doğrultularda serbestçe hareket eden gaz atomlarını oluşturmak için ayrışırlar.  Eğer sıcaklık daha fazla arttırılırsa gaz atomlarından bir ya da birkaç elektron kopar ve gaz atomları serbestçe hareket eden yüklü parçacıklara (pozitif iyonlar ve elektronlar) ayrışarak maddenin dördüncü hali "PLAZMA" oluşur.  Plazma halinde, maddenin atomları parçalanmıştır ve sürekli hareket halinde olan pozitif yüklü iyonların ve elektronların oluşturduğu bir sistem haline gelmiştir.  Plazma içinde aynı zamanda elektronlar, fotonlar, uyarılmış atomlar veya moleküller, radikaller, metastable atomlar, nötral atom veya moleküller de vardır.

Sahip olduğu özellikleri bakımından plazma, katı, sıvı ve gaz hallerinden farklı olarak maddenin dördüncü halidir.  Maddenin plazma haline geçmesi ile çok yüksek sıcaklıklar elde edilebilir.  Bu nedenle termodinamik kuvvetler daha verimli yapılabilir.  Plazma madde içindeki atom ya da moleküllerin, radyasyon yayınlamak üzere uyarılması ve iyonlaştırılması için en uygun ortamdır.  Bununla birlikte plazma kaynaklarından elektron, pozitif ve negatif iyonlar, uyarılmış atomlar, fotonlar ve radikaller gibi yeni enerjitik türler de üretilebilir.  Bu özellikler, endüstriyel mühendislikte plazmaların daha hızlı ve çoğu kez daha ucuz ve daha kaliteli ürünlerin üretilmesinde kullanılmasına yol açmaktadır.  Ayrıca bu işlemler istenilmeyen kirlenme ve toksik atık olmaksızın yapıldığı için, pahalı ve kirletici kimyasal endüstrilerde kullanılan benzer işlemlerden çevresel olarak daha temizdir.  Plazma ilişkili endüstriler, enerji tüketiminin verimini büyük ölçüde attırdığı için enerjinin büyük bir kısmı korunmuş olur.  Plazmalar bugün endüstride ve yeni teknolojilerde pek çok alanda kullanılmaktadır.  Plazma; biyoloji ve biyomedikalde, kağıt endüstrisinde, uzay sanayisinde, materyal aşındırma veya sertleştirme teknolojisinde, tekstil endüstrisinde, elmas yapımında, yarıiletken teknolojisinde, elektronik çip yapımında, iletişim teknolojisinde, kaplama ve dekorasyon teknolojisinde, sterilizasyon ve su arıtma sistemlerinde, tehlikeli ve zararlı atık arıtmada, güneş enerjisi ve optik sanayisinde, otomobil ve uçak endüstrisinde, yeni teknoloji inşaatlarda, savunma sanayinde, kristal büyütmede, radar ve füzyon araştırmalarında kullanılmaktadır.  Gelecekte plazma çok daha geniş alanlarda kullanılacaktır.  Plazma televizyonları ve plazma klimaları her geçen gün yaygınlaşmaktadır.  Mars veya daha uzak gezegenlere ileride yapacağımız seyahatler plazma yardımıyla olacaktır.

PLAZMA ile GAZ ARASINDAKİ FARKLAR

İlk bakışta plazma, maddenin gaz haline yakın gözükmektedir.  Bu nedenle plazma halini, gaz halinden ayıran temel özellikler aşağıda sıralanmıştır.

Gazlar elektriği iletmezler.  Plazma ise elektriksel nötralitesine rağmen, iyi bir elektriksel iletkendir.  Bazen bakır veya gümüşten bile daha iyi iletkendirler.
Gazlar nötral parçacıklardan oluşur.  Bu nedenle elektrik ve manyetik alanlarla etkileşmez.  Plazma ise elektriksel nötralitesine rağmen, elektrik ve manyetik alanlarla etkileşir.
Plazma içindeki herhangi bir pertürbasyonun yayılması elektromanyetik dalga hızında gerçekleşirken, bu yayılım gaz içinde ses hızında gerçekleşir.
Plazma halinde kimyasal reaksiyonlar, gaz halinden daha büyük hızlarda gerçekleşir.
Plazma içinde yüklü parçacıklar arasındaki Coulomb çekim kuvvetleri çok uzak mesafelerde bile etkilidir.  Bu nedenle plazma içindeki her parçacık civarındaki tüm parçacıklarla sürekli etkileşim halindedir.  Gaz halinde parçacıklar arasındaki Coulomb etkileşimi ancak iki parçacık yarıçapı toplamı uzaklığında gerçekleşir.  Bu uzaklıklar dışında parçacık etkileşmesi yok sayılır.
Gazların boş olan her şeyi doldurma özelliğine karşılık, plazmalarda bir toplaşma eğilimi vardır.
Plazma elektromanyetik dalgalarla etkileştiği gibi, kendisi de elektromanyetik alan oluşturur.

Özetlenerek Alınmıştır: nucleus.istanbul.edu.tr/~cfe/dorduncu/mak1/

Yeni yorum ekle

Merak Edilenler