PLAZMA - ČTVRTÉ SKUPENSTVÍ HMOTY

Ve fyzice a chemii se za plazmu považuje ionizovaný plyn složený z iontů, elektronů (a případně neutrálních atomů a molekul), který vzniká odtržením elektronů z elektronového obalu atomů plynu, či roztržením molekul (ionizací). O plazmatu se často mluví jako o čtvrtém skupenství hmoty. V exaktní definici plazmatu jsou na ionizovaný plyn kladeny jisté doplňující požadavky. Aby byl ionizovaný plyn považován za plazmu, musí vykazovat kolektivní chování a kvazineutralitu.

Plazma je nejrozšířenější forma látky, tvoří až 99 % pozorované hmoty vesmíru.

Plazma existuje ve vesmíru v různých, často velmi odlišných formách. S plazmatem se můžeme setkat například ve formě blesku, polární záře, uvnitř zářivek a tzv. neonů, či v elektrickém oblouku a výboji (Teslův transformátor, palasmakoule aj.). Plazma tvoří také konvenční hvězdy, mlhoviny, ionosféru, či sluneční vítr. Parametry plazmatu v těchto formách se liší o mnoho řádů.

Stupeň ionizace plazmatu (poměr počtu ionizovaných částic vůči celkovému počtu částic) je jedním z nejdůležitějších parametrů, který určuje chování plazmatu. Závisí především na teplotě a lze ho v prvním přiblížení odhadnout ze Sahovy rovnice pro jedenkrát ionizované plazmy v termodynamické rovnováze.

Podle stupně ionizace rozlišujeme slabě ionizované plazma a silně ionizované plazma. V slabě ionizovaném plazmatu je koncentrace nabitých částic zanedbatelně malá v porovnání s koncentrací neutrálních molekul. Naproti tomu v silně ionizovaném plazmatu převládá koncentrace nabitých částic.

Podle teploty se rozlišují 2 druhy plazmatu. Je to vysokoteplotní a nízkoteplotní plazma. Vysokoteplotní plazma má střední energii nabitých částic větší než 100 eV, což odpovídá řádově 10⁶K. Vyskytuje se ve hvězdách a při experimentech s řízenou termonukleární syntézou. Nízkoteplotní plazma se vyskytuje např. v zářivkách a výbojkách, také v elektrickém oblouku.

V plazmatu může být teplota elektronů o několik řádů vyšší než teplota kladných iontů a neutrálních molekul.

Plazma obsahuje volné elektrické náboje, proto je elektricky vodivé. Díky elektrické vodivosti působí na plazmu i silné magnetické pole, jehož silové účinky pocházejí od Lorentzovy síly. S rostoucí koncentrací nabitých částic se mění i koeficienty tepelné vodivosti a dynamické viskozity ionizovaného plynu.
Elektromagnetické síly a dobrá elektrická vodivost plazmatu (která může být v mnoha případech považována za blížící se nekonečnu) obvykle zajistí, že hustota kladných a záporných nábojů se vyrovná ("kvazineutralita"). Je-li v plazmě významný nadbytek kladných nebo záporných nábojů, v extrémním případě, složený jen z kladných nebo jen záporných nábojů, tak v takové plazmě hraje elektrické pole dominantní roli. Příkladem jsou nabité  paprsky částic, elektronový oblak v Peninově pasti a pozitronové plazmy.

Kulový blesk / Plazmoid za domácích podmínek

Kulový blesk je přírodní atmosferický jev, jehož výskyt je obvykle vázán na bouřkové počasí. Projevuje se jako kulovitý útvar nejčastěji o průměru několika centimetrů až decimetrů, různých barev od žluté po modrou, pohybující se obvykle po dobu několika sekund až minut různými směry a zanikající buď výbuchem nebo i zcela poklidně. Věda považuje již dlouhou dobu existenci kulového blesku za nesporně prokázanou celou řadou důvěryhodných pozorování. Jak teoretické vysvětlení, tak i experimentální simulace tohoto jevu v laboratoři za definovaných a opakovatelných podmínek jsou však dosud nejasné. Fyzikové usilují o racionální vysvětlení podstaty kulového blesku již po mnoho desetiletí. Jednu z teorií navrhl např. Pjotr Leonidovič Kapica. Jevy, které sdílejí řadu pozorovaných charakteristik kulového blesku, lze prý podle některých výzkumníků simulovat i s pomocí domácí mikrovlnné trouby se zapálenou svíčkou (důrazné varování - laicky nezkoušet - nebezpečí výbuchu a požáru). V roce 2006 byla popsána metoda, která simuluje jevy částečně podobné kulovému blesku s pomocí elektrického výboje na tenké křemíkové destičce. Je pravděpodobné, že některá pozorování UFO lze též považovat za pozorování kulového blesku.

Vytvoření "kulového blesku" / plazmoidu v domácích podmínkách vychází z několika publikovaných teorií a experimentů.

Pokus A) probíhá následovně:

1. Do prostřed mikrovlné trouby (na talíř) postavíme zátku (nevodivou), nebo korek, do které zapíchneme párátko, nebo špejli
2. Kolem rozestavíme např. plastové podložky, které později po přiklopení sklenice budou zabezpečovat mezeru mezi podložkou a touto sklenicí pro přívod vzduchu udržující hoření
3. Zapálíme párátko (nebo špejli)
4. Okamžitě přikrejeme toto hořící párátko (špejli) sklenicí odolnou vysokým teplotám (zavařovací sklenice) na již připravené plastové podložky
5. Zavřeme dvířka mikrovlnné trouby a pustíme ji na nejvyšší výkon

V prostoru plamene se za atmosférického tlaku začne tvořit působením mikrovln na plamen plazma. Plazmoid je silně zionizovaný vzduch který vytvoří kouly husté plazmy. 

 bod 1., 2.                                                  bod 3.

 bod 4.                                                      bod 5. - a už to jede!

Pokus B) probíhá takto:

1. Talíř v mikrovlné troubě podložíme nevodivými podložkami (plast) tak, aby se netočil a byl stabilní.
2. Do prostřed talíře umístíme GMR (Graphite Microwave Resonator), tvořený tak, že se vytvoří kruhová základna z hliníkového plechu o průměru 60mm a tloušťce 0.5-0,6mm , do níž se vertikálně umístí grafitová tuha o délce 30mm a síle 2mm na konci zašpičatělá
3. GMR přikrejeme sklenicí odolnou vysokým teplotám
4. Do zadního rohu mikrovlnné trouby umístíme malou sklenici vody (slouží pro ochranu magnetronu - zabrání tomu, aby eventuelní přebytek energie přehřál jeho anodu)
5. Zavřeme dvířka mikrovlnné trouby a pustíme ji na nejvyšší výkon