等离子体是什么?火焰是等离子体吗?

火焰一般可以看做等离子体,不过构成火焰的粒子的电离程度并不高。这将在后面进行详细讨论。那什么是等离子体呢?下面就来先为大家介绍它。

什么是等离子体?

等离子体又叫做电浆,被视为物质的第4种形态,或者称为“超气态”。简单来说就是电离了的“气体”,由离子、电子以及未电离的中性粒子组成,整体呈电中性。等离子体并不需要完全由离子构成。

等离子体属于非凝聚态,构成等离子体的粒子之间游离程度较高,粒子间的相互作用不强。至于凝聚态,就是由大量处于聚集状态的粒子构成的物态,液体和固体就是最常见的凝聚态。

什么是等离子体
等离子体并不神秘。气体通常都是由分子或原子构成的,而等离子体就是被电离(电离就是原子得到或者失去核外电子形成离子的一种过程,离子都带电)的气体。几乎所有气体都存在一定程度的电离,只是电离程度极低,因此并不能算作等离子体。并且物体要称之为等离子体,还需要具备等离子体所具备的特性,比如存在等离子体振荡、会受电磁场影响等。等离子体振荡是等离子体中的电子在惯性和离子的静电力作用下发生的简谐振动。

等离子体是宇宙中最常见的物态。宇宙中最常见的天体就是恒星,星系也是由恒星构成的,像太阳等恒星就是一个巨大的等离子体,它占了整个宇宙中物质形态的99%。自然界中的闪电就是等离子体。用人工方法,如核聚变、核裂变,也可产生等离子体。

什么是等离子体

不同等离子体在温度和密度方面差异巨大。以温度划分,等离子体可分为高温等离子体和低温等离子体。等离子体的温度分别用电子温度和离子温度表示,两者相等(或者说相差不多)则称为高温等离子体,不相等则称为低温等离子体。

最常见的等离子体是高温等离子体。处于核聚变状态的物质、电弧、闪电、极光等都是高温等离子体。高温等离子体在切割、冶炼、焊接等领域都有广泛的应用。

什么是等离子体
低温等离子体又叫做非平衡态等离子,可以存在于常温状态。辉光放电、电晕放电等现象都可以产生低温等离子体。日光灯(又叫做荧光灯)就是通过低压状态的汞蒸气通电后会发生辉光放电,并发射出紫外线,激发荧光粉发光的。在日常生活中大家耳熟能详的等离子电视,就是利用低温等离子体制成的显示器。除此之外还有等离子体涂层。

什么是等离子体
(各种颜色的荧光灯)

什么是等离子体
(上图为电晕放电现象)

为什么火焰属于等离子体?

火焰也是物质,是燃烧时的产物,能够发光发热。在太空中,没有重力作用,火焰会呈现为球形。

什么是等离子体
火焰的温度有高有低,不同材质燃烧时所形成的火焰,具有不同的温度。打火机火焰的温度大约在400度左右,酒精灯火焰的温度在600~700度,普通炉火的温度大约在800度左右,一般的纸张燃烧时产生的火焰温度仅为200多度。

此外,火焰又分为焰心、中焰和外焰,其中外焰由于与氧气或者氧化剂接触更充分,燃烧反应也更充分,因此温度更高。当可燃物与氧化剂接触时,温度达到着火点就会产生火焰。

什么是等离子体

一些材质燃烧时还会产生一些固体小颗粒,在热气上升的带动下夹杂在火焰中。不同的材质在燃烧时,火焰的颜色也各不相同。

一般来说温度越高,火焰中粒子的电离程度也就越高,火焰的温度一般都很高,属于高温等离子体。一些温度较低的火焰,由于电离程度太低,因此并不能完全算作等离子体,只能算是处于激发态(原子或者分子吸收能量后,被激发到高能级,尚未电离的状态)的高温气体。

上面已经说过,磁场能够影响等离子体。如果高温火焰是等离子体的话,必然会受到强磁场的影响。实验证明,火焰会受到磁场影响。

什么是等离子体
(如上图实验所示,磁场的变化能够对蜡烛火焰产生影响)

通过对等离子体有了一定的了解,相信大家也明白为什么火焰属于等离子体了。

本文出自:科学探索菌 

原标题:什么是等离子体?火焰是等离子体吗?

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