[科普中国]-等离子态

物质原子内的电子在脱离原子核的吸引而形成带负电的自由电子和带正电的离子共存的状态，此时，电子和离子带的电荷相反，但数量相等，这种状态称作等离子态1。

等离子态人们常年看到的闪电、流星以及荧光灯点亮时、火焰燃烧（只有部分高温火焰才是真正的等离子体,其他大部分日常生活中见到的火焰,都是激发态的气体分子）时，它们都是处于等离子态2。人类可以利用它放出大量能量产生的高温，切割金属、制造半导体元件、进行特殊的化学反应等. 在茫茫无际的宇宙空间里，等离子态是一种普遍存在的状态。宇宙中大部分发光的星球内部温度和压力都很高，这些星球内部的物质差不多都处于等离子态。只有那些昏暗的行星和分散的星际物质里才可以找到固态、液态和气态的物质。

等离子态是由等量的带负电的电子和带正电的离子组成，我们通常称处于等离子态的物质为等离子体。等离子体在宇宙中广泛存在。用人工方式也可以产生等离子体，如霓虹灯放电、原子核聚变、紫外线和X射线照射气体，都可以产生等离子体。

等离子体在工业、农业和军事上都有广泛的用途，如利用等离子弧进行切割、焊接、喷涂、利用等离子体制造各种新颖的光源和显示器等。如果利用这种显示器制造电视，那么电视机可以像画一样挂在墙上。用等离子体技术处理高分子材料，包括塑料和纺织物，既能改变材料的表面性质，又能保留原材料的优异性能，而且无污染。在军事上可以利用等离子体来规避探测系统，用于飞机等武器装备的隐形。

等离子体**（等离子态，电浆，英文：Plasma）**大家常见的霓虹灯，在它点亮以后，灯管里的气体就被电离了，成为电子与离子的混合物——等离子体。极光，是我们看见的大自然里的等离子体。人们把大气圈分为对流层、平流层、中间层、电离层和散逸层，这电离层就是等离子体。电离层能反射短波无线电波，使它能传播到地球上很远的地方。由于存在电离出来的自由电子和带电离子，等离子体具有很高的电导率，与电磁场存在极强的耦合作用。等离子态在宇宙中广泛存在，常被看作物质的第四态（有人也称之为“超气态”）3。等离子体由克鲁克斯在1879年发现，“Plasma"这个词，由朗廖尔在1928年最早采用。

性质等离子态常被称为“超气态”，它和气体有很多相似之处，比如：没有确定形状和体积，具有流动性，但等离子也有很多独特的性质。普通气体由电中性的分子或原子组成，而等离子体则是带电粒子和中性粒子的集合体。等离子体和普通气体在性质上更是存在本质的区别，首先，等离子体是一种导电流体，但是又能在与气体体积相比拟的宏观尺度内维持电中性；其次，气体分子间不存在净电磁力，而等离子体中的带电粒子之间存在库仑力；再者，作为一个带电粒子体系，等离子体的运动行为会受到电磁场的影响和支配。因此，等离子体是完全不同于普通气体的一种新的物质聚集态。 应当指出，并非任何的电离气体都是等离子体。众所周知，只要绝对温度不为零，任何气体中总存在有少量的分子和原子电离。严格地说来，只有当带电粒子的密度足够大，能够达到其建立的空间电荷足以限制其自身运动时，带电粒子才会对体系性质产生显著的影响，换言之，这样密度的电离气体才能够转变成等离子体。除此之外，等离子体的存在还有其特征的空间和时间限度，如果电离气体的空间尺度L不满足等离子体存在的空间条件L>>D（德拜长度D为等离子体宏观空间尺度的下限）的空间限制条件，或者电离气体的存在的时间不满足>>p（等离子体的振荡周期p为等离子体存在的时间尺度的下限）时间限制条件，这样的电离气体都不能算作等离子体。

电离等离子体和普通气体的最大区别是它是一种电离气体。由于存在带负电的自由电子和带正电的离子，有很高的电导率，和电磁场的耦合作用也极强：带电粒子可以同电场耦合，带电粒子流可以和磁场耦合。描述等离子体要用到电动力学，并因此发展起来一门叫做磁流体动力学的理论。

组成粒子和一般气体不同的是，等离子体包含两到三种不同组成粒子：自由电子，带正电的离子和未电离的原子。这使得我们针对不同的组分定义不同的温度：电子温度和离子温度。轻度电离的等离子体，离子温度一般远低于电子温度，称之为**“低温等离子体”。高度电离的等离子体，离子温度和电子温度都很高，称为“高温等离子体”。4**

气体电离的机制有很多种不同的方法，当气体加热到数千摄氏度时，气体中分子间的碰撞，就会是其中一部分分子或原子发生电离现象，并且电离度会随温度的升高而迅速增大，这种电离被称为热电离或热平衡电离。除了用高温的方法使物质电离以外，还能用紫外线、X射线、丙种射线以及电磁场来照射气体，这样也可以使气体发生电离，从而转变成等离子态。只是在这种情况下，等离子体中的各种离子之间通常不能达到热平衡，是一种非热平衡的电离。

相比于一般气体，等离子体组成粒子间的相互作用也大很多。

速率分布一般气体的速率分布满足麦克斯韦分布，但等离子体由于与电场的耦合，可能偏离麦克斯韦分布。

本词条内容贡献者为:

郎奠波 - 副教授 - 黑龙江财经学院