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1 # 在下謅沒學問
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2 # 語境思維
離子態,或等離子態,涉及凝聚態物理,另有專設的等離子態物理學,研究還在初級階段。
等離子態的意思等離子態是宇宙空間普遍存在的特殊氣態,表現為宇宙射線、原子核衰變釋放的α射線(即氦核He⁺粒子流)、β粒子(電子注)。最為常見的等離子態粒子是自由電子(e⁻)與自由質子(p⁺)。
▲劇烈的電流熱效應,釋放等離子態電弧。等離子體可分為高溫等離子體與低溫等離子體。高溫等離子,主要來自熱核反應、高溫熱環境,例如燃燒火焰、電焊電弧、雷鳴電閃。
▲太陽表面巨大冕環,驚人能量和複雜烈焰低溫等離子體,來自超低溫或超真空環境。這尤其表現在地球大氣層的電離層、地球輻射帶的1萬左右的內帶、4萬米左右的外帶。
在離地球150萬千米2.725K超低溫的普朗克衛星軌道附近,也不排除存在低溫等離子態。
為什麼固體會釋放高溫等離子體?這個大家應該是比較熟悉的。有三個理由。
其一,根據光電效應:△(½m₀v²)=△(hf),當高頻電磁波、高溫加熱、電流熱效應,如紫外線照射固體原子,核外電子會急劇加速運動,脫離原子核的束縛而逃逸,變成自由電子,即離子態粒子。
其二,對於放射元素,原子核釋放β粒子射線,或自由電子注(electronic beam)。也是固體釋放的離子態。由於β射線接近光速,當然也屬於高溫等離子態。
其三,對於熱核反應,例如,氘+氚→氦+自由中子(n),不久又裂解:自由中子→自由質子(p)+自由電子(e)。即典型的高溫等離子體。
▲據說太陽風每年帶走地球大氣6萬噸氣體為什麼固體會釋放低溫等離子體?這個或許是鮮為人知的,原理有點複雜。我們先從地球大氣層的飽和蒸氣壓說起。
以水的三態變化為例。冰分子成固態,在冬季大氣壓強偏高,根據道爾頓分壓定律,飽和蒸氣分壓偏低,水分子不易汽化或昇華。
春天的氣溫上升,飽和蒸氣壓偏高,大氣壓強偏低,冰分子活躍,有的變成液態水分子,有的直接昇華為氣態水分子。
尤其在真空低溫環境下,固態或液態水分子會急劇揮發或蒸發。本質上是熵增加原理,加大了各水分子核外電子之間的活動空間。
隨著地球大氣層的不斷升高,大氣的分壓強越來越低,真空度越來越大,熵空間越來越大。到了電離層,自由電子與質子的空間佔比越來越大。到了地球輻射帶,除了場量子或原子光譜,都是電子與質子的天下。
事實上:實體內部電子的活動尺度,隨著外界環境的真空場能密梯度的遞減而增大。
在超真空條件下,固液氣三態的亞原子,會逐漸脫離而變成低溫等離子體。到了地球輻射帶,自由亞原子變得越來越多。
隨著真空場的能密梯度逐漸降低,所有原子與分子內部的亞原子——包括約束電子與約束核子——即離子態氣體在空間的佔比,會越來越大。而且,在超低溫超真空環境中,它們自己也會逐漸消失,膨脹成真空場量子態。
一個不爭的事實是,在離地150萬千米的普朗克衛星軌道附近,即所謂的宇宙微波背景輻射帶,那裡的溫度超低到2.725開,似乎所有的等離子體皆消弭為7.35釐米的微波電磁波。
▲微波背景輻射,只是離地球150萬千米那裡的超真空所含低頻電磁波,怎麼能斷定就是宇宙大爆炸的背景餘燼呢?有朝一日可能測得離地1500萬千米的超深太空,不是釐米波,而是中長波段的無線電波,那又該如何解釋呢?更深遠的深太空,也許還要低於2.725開。雖然我們暫且不能得到實測資料,但理論上可以預見,可能達到朱棣文鐳射製冷的——1納開(10⁻⁹K)之極限低溫。由此可推:
根據熵增加原理,在超低溫超真空之臨界條件下,作為實體存在的離子費米子態,會變成場量子態的空間玻色子態,實現“有形物質或明物質”到“無形物質或暗物質”的質變飛躍。
結語分子或原子的固態,可以因為高溫或高頻輻射,變成高溫等離子態,也可以因為超真空之熵增加原理變成低溫等離子態。
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以為題主要問等離子的形成的,仔細一看是固體怎麼變成離子,這個方法其實很多,像非常常見的氯化鈉固體,就是鹽,怎麼成離子呢,溶解就好了,溶解之後就只有氯離子和鈉離子了,他們之間以離子鍵的形式相結合,後離子鍵斷裂,就不是晶體了,從固體到離子,還有一種辦法,就是熔融狀態下,將氯化鈉加熱至熔融狀態,這樣也是離子形式。
順便提一下非常熱門的等離子體,直接上百度,很好理解,應用也廣泛:
等離子體是物質的第四態,即電離了的“氣體”,它呈現出高度激發的不穩定態,其中包括離子(具有不同符號和電荷)、電子、原子和分子。其實,人們對等離子體現象並不生疏。在自然界裡,熾熱爍爍的火焰、光輝奪目的閃電、以及絢爛壯麗的極光等都是等離子體作用的結果。對於整個宇宙來講,幾乎99.9%以上的物質都是以等離子體態存在的,如恆星和行星際空間等都是由等離子體組成的。用人工方法,如核聚變、核裂變、輝光放電及各種放電都可產生等離子體。分子或原子的內部結構主要由電子和原子核組成。在通常情況下,即上述物質前三種形態,電子與核之間的關係比較固定,即電子以不同的能級存在於核場的周圍,其勢能或動能不大。
普通氣體溫度升高時,氣體粒子的熱運動加劇,使粒子之間發生強烈碰撞,大量原子或分子中的電子被撞掉,當溫度高達百萬開到1億開,所有氣體原子全部電離。電離出的自由電子總的負電量與正離子總的正電量相等。這種高度電離的、宏觀上呈中性的氣體叫等離子體。
等離子體和普通氣體性質不同,普通氣體由分子構成,分子之間相互作用力是短程力,僅當分子碰撞時,分子之間的相互作用力才有明顯效果,理論上用分子運動論描述。在等離子體中,帶電粒子之間的庫侖力是長程力,庫侖力的作用效果遠遠超過帶電粒子可能發生的區域性短程碰撞效果,等離子體中的帶電粒子運動時,能引起正電荷或負電荷區域性集中,產生電場;電荷定向運動引起電流,產生磁場。電場和磁場要影響其他帶電粒子的運動,並伴隨著極強的熱輻射和熱傳導;等離子體能被磁場約束作迴旋運動等。等離子體的這些特性使它區別於普通氣體被稱為物質的第四態。