Plasma is een stand van zaken waar de gas- fase wordt bekrachtigd tot atomair elektronen zijn niet langer geassocieerd met een bepaald atoom kern. Plasma's zijn opgebouwd uit positief geladen ionen en ongebonden elektronen. Plasma kan worden geproduceerd door een gas te verwarmen totdat het is geïoniseerd of door het aan een sterk elektromagnetisch veld te onderwerpen.
De term plasma komt van een Grieks woord dat gelei of vormbaar materiaal betekent. Het woord werd geïntroduceerd in de jaren 1920 door chemicus Irving Langmuir.
Plasma wordt beschouwd als een van de vier fundamentele toestanden van materie, samen met vaste stoffen, vloeistoffen en gassen. Hoewel de andere drie toestanden van materie in het dagelijks leven vaak voorkomen, is plasma relatief zeldzaam.
Voorbeelden van plasma
Het plasmabalspeelgoed is typisch voorbeeld van plasma en hoe het zich gedraagt. Plasma wordt ook aangetroffen in neonlichten, plasmaschermen, booglassen en Tesla-spoelen. Natuurlijke voorbeelden van plasma zijn bliksem de aurora, de ionosfeer, het vuur van St. Elmo en elektrische vonken. Hoewel het niet vaak op aarde wordt gezien, is plasma de meest voorkomende vorm van materie in het universum (met uitzondering van misschien donkere materie). De sterren, de binnenkant van de zon, zonnewind en zonnecorona bestaan uit volledig geïoniseerd plasma. Het interstellaire medium en het intergalactische medium bevatten ook plasma.
Eigenschappen van plasma
In zekere zin is plasma als een gas in die zin dat het de vorm en het volume van zijn container aanneemt. Plasma is echter niet zo vrij als gas omdat de deeltjes ervan elektrisch worden geladen. Tegengestelde ladingen trekken elkaar aan, waardoor plasma vaak een algemene vorm of stroom behoudt. De geladen deeltjes betekenen ook dat plasma kan worden gevormd of ingesloten door elektrische en magnetische velden. Plasma heeft over het algemeen een veel lagere druk dan een gas.
Soorten plasma
Plasma is het resultaat van de ionisatie van atomen. Omdat het mogelijk is dat alle of een deel van de atomen worden geïoniseerd, zijn er verschillende niveaus van ionisatie. Het niveau van ionisatie wordt hoofdzakelijk geregeld door temperatuur, waarbij het verhogen van de temperatuur de mate van ionisatie verhoogt. Materie waarin slechts 1% van de deeltjes geïoniseerd is, kan kenmerken van plasma vertonen, maar toch niet worden plasma.
Plasma kan worden gecategoriseerd als "heet" of "volledig geïoniseerd" als bijna alle deeltjes geïoniseerd zijn, of "koud" of "onvolledig geïoniseerd" als een klein deel van de moleculen geïoniseerd is. Merk op dat de temperatuur van koud plasma nog steeds ongelooflijk heet kan zijn (duizenden graden Celsius)!
Een andere manier om plasma te categoriseren is thermisch of niet-thermisch. In thermisch plasma bevinden de elektronen en zwaardere deeltjes zich in thermisch evenwicht of bij dezelfde temperatuur. In niet-thermaal plasma hebben de elektronen een veel hogere temperatuur dan de ionen en neutrale deeltjes (die mogelijk op kamertemperatuur zijn).
Ontdekking van plasma
De eerste wetenschappelijke beschrijving van plasma werd gemaakt door Sir William Crookes in 1879, verwijzend naar wat hij "stralende materie" noemde in een Crookes-kathodestraalbuis. Britse natuurkundige Sir J.J. Thomson's experimenten met een kathodestraalbuis brachten hem ertoe een atoommodel voor te stellen waarin atomen bestonden uit positief (protonen) en negatief geladen subatomaire deeltjes. In 1928 gaf Langmuir een naam aan de vorm van materie.