Как плазма проводит электрический ток

Плазма и её типы

Плазмой называется сильно ионизированный газ, в котором концентрации положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы. Различают высокотемпературную плазму, возникающую при сверхвысоких температурах, и газоразрядную плазму, возникающую при газовом разряде. Плазма характеризуется степенью ионизации — отношением числа ионизированных частиц к полному их числу в единице объёма плазмы. В зависимости от величины говорят о слабо ( составляет доли процента), умеренно ( — несколько процентов) и полностью ( близко к 100%) ионизированной плазме.

Заряжённые частицы (электроны, ионы) газоразрядной плазмы, находясь в ускоряющем электрическом поле, обладают различной средней кинетической энергией. Это и означает, что температура электронного газа одна, а ионного — другая, причём > .

Несоответствие этих температур указывает на то, что газоразрядная плазма является неравновесной, поэтому она называется также неизотермической. Убыль числа заряжённых частиц в процессе рекомбинации в газоразрядной плазме восполняется ударной ионизацией электронами, ускоренными электрическим полем. Прекращение действия электрического поля приводит к исчезновению газоразрядной плазмы.

Высокотемпературная плазма является равновесной, или изотермической, т. е. при определённой температуре убыль числа заряжённых частиц восполняется в результате термической ионизации. В такой плазме соблюдается равенство средних кинетических энергий составляющих плазму различных частиц. В состоянии подобной плазмы находятся звёзды, звездные атмосферы, Солнце.

Условием существования плазмы является некоторая минимальная плотность заряжённых частиц, начиная с которой можно говорить о плазме, как о таковой. Эта плотность определяется в физике плазмы из неравенства  , где — линейный размер системы заряжённых частиц, — так называемый дебаевский радиус экранирования, представляющий собой то расстояние, на котором происходит экранирование кулоновского поля любого заряда плазмы.

Плазма обладает следующими свойствами: высокой степенью ионизации газа, в пределе – полной ионизацией; равенством нулю результирующего пространственного заряда; большой электропроводностью, причём ток в плазме создаётся в основном электронами, как наиболее подвижными частицами; свечением; сильным взаимодействием с электрическим и магнитным полями; колебанием ионов в плазме с большой частотой ( Гц), вызывающими общее вибрационное состояние плазмы; “коллективным” – одновременным взаимодействием громадного числа частиц. Эти свойства определяют качественное состояние плазмы, позволяющее считать её особым, четвёртым состоянием вещества.

Электрические токи в жидкостях Электролиты. Электролиз

В ещества, раствор которых в воде и некоторых других диэлектрических жидкостях проводит электрический ток, называются электролитами. Молекулы электролита и растворителя являются дипольными. Поэтому в растворе каждую молекулу окружает группа молекул растворителя (см. рис. слева). Очевидно, что молекулы растворителя стремятся как бы разорвать молекулу электролита на две части; этому способствует также тепловое движение – колебание молекул в атоме электролита. В результате большинство молекул электролита распадается на положительные ионы (катионы) и отрицательные ионы (анионы).

О писанный процесс называется электролитической диссоциацией. Обратному процессу – воссоединению (рекомбинации) ионов электролита в нейтральные молекулы – препятствует образующаяся на иона сольватная оболочка, состоящая из молекул растворителя (см. рис. справа). Степенью или коэффициентом диссоциации называется отношение числа диссоциированных молекул электролита к общему числу его молекул:

Степень диссоциации зависит от природы электролита и растворителя, концентрации электролита и температуры. В слабых растворах ( ) почти все молекулы электролита диссоциированы ( ), с повышением концентрации степень диссоциации уменьшается.

При отсутствии электрического поля ионы электролита вместе со своими сольватными оболочками движутся хаотически. При наличии поля их движение упорядочивается: катионы движутся по полю, анионы – против поля. В жидкости возникает электрический ток, обусловленный встречным движением разноимённых ионов. Такого рода проводимость называется ионной.

Кроме указанных растворов ионной проводимостью обладают расплавы солей и окислов металлов: они также относятся к группе электролитов.

Определим плотность тока в жидкости, т. е. заряд, переносимый за 1 с через воображаемую площадку в , перпендикулярную направлению движению ионов (рис. ниже).

Так как перенос заряда осуществляется ионами обоих знаков, то

где и — заряды обоих катионов и анионов, и — концентрации этих ионов, и — средние скорости упорядоченного движения этих ионов.

Учитывая, что раствор в целом нейтрален, можем написать:

, (1)

где — заряд иона любого знака, — концентрация ионов этого же знака. Заряд иона обусловлен потерей (для катиона) или сохранением (для аниона) валентных электронов при диссоциации молекулы. Поэтому, обозначив валентность электрона через найдём

где — абсолютное значение заряда электрона. Тогда, учитывая формулы (1) и (2), получим

В электрическом поле на движение иона оказывают влияние две силы: во-первых ускоряющая электрическая сила

где — напряжённость поля; во-вторых, тормозящая сила

где — вязкость жидкости. При установившемся движении жидкости (которое наступает практически одновременно с появлением поля) , тогда

где — подвижность иона. Из формулы (3) следует, что при . Таким образом подвижность иона равна скорости равномерного движения этого иона под действием электрического поля единичной напряжённости.

Учитывая формулу (3), запишем выражения для плотности тока в виде

— удельная электропроводность жидкости. Таким образом, выражения (4) и (5) представляют собой закон Ома в дифференциальной форме для жидкости. Величина

является удельным сопротивлением жидкости. Так как с повышением температуры подвижность и концентрация возрастают, то, согласно формуле (7), с повышением температуры сопротивление жидкости уменьшается.

Подходя к электродам, ионы электролита нейтрализуются и оседают на электродах или же выделяются около электродов в виде газа (первичная реакция). Зачастую нейтрализовавшиеся ионы вновь вступают в реакцию с растворителем, образуя новые ионы, которые затем оседают на электродах (вторичная реакция).

Выделение на электродах продуктов разложения раствора электролита при прохождении через этот раствор тока называется электролизом.

Как плазма в магнитном поле проводит электрический ток?

От обычного газа нейтральных частиц плазма отличается способностью хорошо проводить электрический ток. Для полностью ионизированной разреженной плазмы приближенно выполняется закон Ома, который в данном случае записывается не так, как принято его записывать в средней школе , а в следующем виде:

где j — плотность тока (ток, приходящийся на единицу площади), E — напряженность электрического поля, — удельное сопротивление проводника. В отсутствие магнитного поля, чем реже сталкиваются электроны с ионами, тем удельное сопротивление плазмы меньше. Если же электроны очень часто сталкиваются с ионами, то электропроводность мала.

В магнитном поле поведение плазмы резко изменяется. Ее свойства в разных направлениях оказываются различными. Среды, у которых свойства в разных направлениях неодинаковы, называются анизотропными. Действительно, если ток в плазме протекает параллельно магнитному полю, то на него магнитное поле не оказывает никакого воздействия.

Иначе обстоит дело, когда ток течет под некоторым углом к направлению линий индукции магнитного поля. В однородном магнитном поле частицы перемещаются по винтовым линиям. Если за время свободного пробега электрон успевает сделать много циклотронных оборотов (такую плазму называют замагниченной), то за это время среднее смещение электрона в направлении, перпендикулярном магнитному полю, оказывается меньшим, чем по направлению магнитного поля. Другими словами, средняя скорость электронов в направлении, перпендикулярном магнитному полю, меньше, чем в направлении поля. Это означает, что электропроводность плазмы поперек поля меньше электропроводности вдоль поля (с увеличением скорости частиц эффективное сечение столкновений уменьшается). Таким образом, плазма в магнитном поле должна описываться двумя коэффициентами проводимости: продольной проводимостью σ_II и поперечной проводимостью σ_┴. При этом у замагниченной плазмы σ_┴ меньше σ_II.

2) Устойчивость плазмы.

Для осуществления управляемых термоядерных реакций большое значение имеет вопрос об устойчивости плазмы. Нужно, чтобы плазма хорошо удерживалась ловушкой в течение таких промежутков времени, за которые частицы плазмы успели бы вступить в реакцию. Но к большому огорчению физиков оказалось, что плазменные конфигурации из-за различных неустойчивостей «разваливаются» скорее, чем успевают произойти реакции между частицами плазмы. И теперь многие исследователи плазмы посвятили себя изучению способов борьбы с ее неустойчивостью, надеясь во что бы то ни стало «укротить» «строптивую» плазму. Неустойчивость плазмы еще не означает, что ее нельзя заставить служить людям. Ведь совсем неустойчив, например, одноколесный велосипед. Но многие видели, как на таком велосипеде артисты цирка не только ездят, но и выделывают сложные трюки. Все дело в умении! Вот и исследователи плазмы изучают разнообразные свойства ее, надеясь, в конце концов, «оседлать» ее и заставить еще активнее служить людям.

Представьте себе, что плазма, в которой совсем нет магнитного поля, удерживается в равновесии внешним магнитным полем. При этом возможны три случая конфигурации магнитного поля: линии индукции могут быть выпуклыми, вогнутыми или прямыми (рис. 13). Характер действия магнитного поля на проводящую жидкость (плазму) таков, как если бы он определялся стремлением линий индукции сокращаться подобно натянутым резиновым жгутам. Плазма же, как и всякий газ, стремится увеличить свой объем. Что же в результате получается, когда магнитные линии индукции выпуклы наружу (рис. 13, а)? Магнитное поле не проникает в плазму. Стремлению линий индукции сократиться мешает стремление плазмы увеличить свой объем. Но если только по каким-нибудь причинам магнитное поле освобождает часть занимаемого им пространства, плазма тотчас же туда устремляется. Наоборот, место, освобожденное плазмой, занимается магнитным полем. Магнитное поле и плазма обмениваются своими местами. Плазма как бы «раздвигает» линии индукции и просачивается через магнитное поле.

Это порождает неустойчивость, которая называется перестановочной или обменной.

В случае же, когда линии индукции выпуклы к плазме (рис. 13, б), их стремлению сократиться совершенно не препятствует стремление плазмы занять больший объем, а, наоборот, одно другому способствует. Такая равновесная конфигурация плазмы в магнитном поле является устойчивой.

Конфигурация плазмы (рис. 13, в) является безразличной.

Итак, не всякая равновесная конфигурация плазмы является устойчивой. Вспомним теперь ловушки с магнитными пробками и тороидальные магнитные ловушки. В обоих случаях можно указать такие области, в которых линии индукции магнитного поля являются выпуклыми и которые, следовательно, опасны из-за обменной неустойчивости. Таким образом, надо придумать, как бороться с неустойчивостью. Можно избежать перестановочной неустойчивости, создавая магнитное поле, линии индукции которого везде выпуклы в сторону плазмы (см. рис. 14). Ловушки такого типа называются магнитными ловушками со встречными полями. Надо отметить, что частицы плазмы покидают и такие ловушки через места «встречи» линий индукции.

3) Проблема удержания высокотемпературной плазмы

Прогресс человечества связан с возрастанием исполь­зуемой им энергии. Обычно для подсчета запасов энер­гии вводят так называемую условную единицу. 1-й соот­ветствует энергия, содержащаяся в 33 миллиардах тонн каменного угля. За две тысячи лет до 1850 г. человечество израсходовало примерно 9 таких единиц, а только за сто лет с 1850 до 1950 г. — пять условных единиц. Вот, какие колоссальные темпы роста потребления энергии! Эти темпы будут еще более стремительными. Встает вопрос, на сколько хватит человечеству разведанных им запасов топлива на Земле. Оказывается, что химическое топливо оценивается в 100 условных единиц — его хватит очень ненадолго. Разведанных запасов ядерного горючего хватит всего только на несколько сот лет. Так неужели же человечество обречено на энергетический голод? Конечно, нет. Почти неиссякаемый источник энергии для человечества даст покоренная им плазма, с помощью которой человек овладеет управляемыми термоядерными реакциями. Запасы термоядерного горючего — дейтерия мирового океана — оцениваются в 30 миллиардов условных единиц энергии. Ведь в одном литре обычной воды содержится около 0,03 г дейтерия. А это эквивалентно в энергетическом отношении 300 литрам бензина. Вот почему ученые так упорно и настойчиво добиваются покорения «капризной» плазмы и хотят заставить ее служить людям!

Двадцатый век часто называют «атомным веком». И это неспроста. Ученые разгадали многие тайны атома и его ядра, научились использовать атомную энергию. Первое применение атомной энергии было ужасным и бесчеловечным — это атомная бомба, несущая страшные разрушения и смерть. В нашей стране атомная энергия все больше применяется в мирных целях. Вспомните наш атомный ледокол-гигант «Ленин», атомные электростанции. Источником атомной энергии служат реакции деления ядер тяжелых элементов.

Кроме реакций деления ядер, существуют реакции синтеза (соединения), в которых из легких ядер образуются более тяжелые ядра. Такие реакции в естественных условиях происходят на Солнце: ядра водорода (протоны) соединяются друг с другом, образуя ядра гелия.Использование реакций синтеза началось также с бомбы. На этот раз — водородной. Она еще более разрушительна, чем атомная. В водородной бомбе используется взрыв атомной бомбы. При этом взрыве возникают огромные температуры, при которых начинают происходить реакции синтеза ядер водорода и выделяется еще большая энергия.

Известно, что ядро атома водорода представляет собой протон р. Такого водорода очень много в природе— в воздухе, в воде. Кроме этого, существуют более тяжелые изотопы водорода. Ядро одного из них содержит, кроме протона р, еще и нейтрон n. Называется этот изотоп дейтерием D. Ядро другого изотопа содержит, кроме протона р, еще и два нейтрона n и называется тритием Т. На рисунке 15 представлены схемы реакции синтеза этих ядер. В реакции синтеза выделяется энергия, которая в расчете на 1 кг вещества значительно больше энергии, выделяющейся в реакции деления урана.

Таким образом, если бы удалось осуществить управляемые реакции синтеза, то человечество получило бы новый мощный источник энергии.

А что значит, что в реакции синтеза выделяется столько-то энергии? Это означает, что такой кинетической энергией обладают частицы, образовавшиеся в результате реакции.

Если бы все ядра находящиеся в каком-то устройстве, одновременно могли вступить в реакцию друг с другом, то быстро выделившаяся энергия была бы столь велика, что произошел бы колоссальный взрыв. Это, собственно, и происходит в водородной бомбе. В термоядерном же реакторе реакция синтеза должна происходить медленно, должна быть возможность управлять ею.

А как практически использовать выделяющуюся энергию? Хотя это — дело будущего, но уже сейчас можно кое-что об этом сказать. При синтезе дейтерия с тритием основная часть выделившейся энергии (около 80%) проявляется в форме кинетической энергии нейтронов. Если вне магнитной ловушки замедлить эти нейтроны подходящим замедлителем, то можно получить тепловую энергию и затем превратить ее в электрическую. При реакции синтеза в дейтерии примерно 2/3 высвобожденной энергии несут заряженные продукты реакции и только около 1/3 — нейтроны. А кинетическую энергию заряженных частиц можно в принципе непосредственно преобразовать в электрическую энергию.

Какие же надо создать условия, чтобы осуществились реакции синтеза? В этих реакциях ядра должны соединиться друг с другом. Но ведь каждое ядро заряжено положительно, и, следовательно, между ними действуют силы отталкивания, которые определяются законом Кулона:

где Z₁e — заряд одного ядра, Z₂e — заряд второго ядра, а е — заряд электрона. Для того чтобы соединиться друг с другом, ядра должны преодолеть кулоновские силы отталкивания, которые становятся очень большими, когда ядра сближаются. Эти силы будут наименьшими для ядер, имеющих наименьший заряд. Наименьшим зарядом из всех ядер обладают ядра водорода и его изотопов (Z=1). Именно поэтому для реакций синтеза наиболее важны дейтерий и тритий. Оказывается, чтобы преодолеть силы кулоновского отталкивания и соединиться, ядра должны обладать энергией примерно 0,01-0,1 Мэв. Такой средней кинетической энергии частиц соответствует температура около 100 миллионов— 1 миллиарда градусов! А это больше, чем температура даже в недрах Солнца! Из-за того что реакции синтеза происходят при очень высоких температурах, их называют термоядерными. (Реакции же деления тяжелых ядер происходят при обычных, комнатных температурах.)

При температурах в миллионы и сотни миллионов градусов нейтральные атомы или молекулы уже не могут существовать, они полностью ионизируются. Таким образом, термоядерные реакции могут проходить только в высокотемпературной плазме.

Термоядерные реакции могут быть источником энергии, если выделение энергии будет больше потерь энергии. Тогда, как говорят, процесс синтеза будет самоподдерживающимся.

Температуру, при которой это происходит, называют температурой зажигания или критической температурой. Для реакций DT (дейтерий—тритий) температура зажигания составляет около 45 миллионов градусов, а для реакции DD (дейтерий—дейтерий) — около 400 миллионов градусов. Таким образом, для протекания реакций DT нужны гораздо меньшие температуры, чем для реакций DD. Поэтому исследователи плазмы отдают предпочтение реакциям DT, хотя тритий в природе почти не встречается, а для его воспроизводства в термоядерном реакторе надо создавать особые условия.

Теперь встает вопрос о том, как удержать плазму в какой-то установке — термоядерном реакторе — и нагреть ее так, чтобы начался процесс синтеза. Мы уже знаем о способах удержания плазмы магнитным полем и об основных типах ловушек плазмы (прямая труба, в которой частицы удерживаются собственным магнитным полем — пинч; стелларатор и ловушки с магнитными пробками).

Ясно, что, чем выше плотность частиц, тем чаще они сталкиваются друг с другом. Поэтому казалось бы, что для осуществления термоядерных реакций надо иметь плазму, плотность которой была бы равна плотности газа в обычных условиях порядка 10 25 частиц/м 3 . Но такой плотности при термоядерных температурах соответствует колоссальное давление — около 10 12 н/м 2 , которого не сможет выдержать ни одно техническое устройство! При давлениях же порядка десятков атмосфер термоядерная плазма должна быть сильно разреженной (порядка 10 21 частиц/м 3 ). Однако в разреженной плазме уменьшается число соударений частиц друг с другом. Чтобы в этих условиях могла поддерживаться термоядерная реакция, надо увеличить время пребывания частиц в термоядерном реакторе. В связи с этим удержательная способность ловушки характеризуется произведением плотности частиц n на время t их удержания в ловушке.

Оказывается, что для реакции DD

а для реакций DT

Отсюда видно, что для смеси дейтерия при n=10 21 частиц/м 3 время удержания должно быть больше 10 сек; если же n=10 24 частиц/м 3 , то время удержания будет больше 0,01 сек.

Для смеси дейтерия с тритием при n=10 21 частиц/м 3 время удержания больше 0,1 сек, а при n= 10 24 частиц/м 3 это время больше 10 -4 сек. Таким образом, при одинаковых условиях время удержания в реакциях DT должно быть меньше, чем в реакциях DD. Это опять показывает, что реакцию DT легче осуществить, чем реакцию DD. Вы видели, какие огромные трудности связаны с удержанием горячей плазмы в магнитных ловушках. Это — в основном бесконечные неустойчивости плазмы. Для борьбы с ними придумывают новые типы ловушек (как ловушки с встречными полями) или дополняют основные типы ловушек, особенно пробкотрон, различными вспомогательными магнитными полями, которые могли бы надежно «опутать» плазму своими невидимыми сетями и не дать ей возможности выскочить. На этом пути уже достигнуты большие успехи.

Получить горячую плазму в ловушке можно двумя путями: плазму, уже захваченную ловушкой, нагревать каким-то способом или в приготовленную ловушку впускать (инжектировать) достаточно быстрые заряженные частицы. Рассмотрим сначала первый путь. Допустим, что в «пробкотроне» заперта плазма с невысокой температурой. Вспомните механизм ускорения космических частиц по Ферми. Этот принцип ускорения частиц можно использовать для нагрева плазмы в установке.

Если медленно сближать «пробки» ловушки и одновременно сжимать плазму, увеличивая напряженность магнитного поля, то частицы в ловушке приобретут большую энергию, и плазма нагреется.

Рассмотрим теперь второй путь. Это метод инжекции быстрых частиц. Задача введения быстрых частиц внутрь сильного магнитного поля и удержания их там связана с определенными трудностями. Ведь любая заряженная частица, попав в постоянное магнитное поле и двигаясь перпендикулярно линиям индукции, делает в поле полный оборот и возвращается в исходную точку, если не изменить ее траектории внутри магнитного поля. Один из способов изменения траектории инжектируемой частицы внутри ловушки основан на диссоциации молекулярных ионов. Если однократно ионизованные молекулы например дейтерия, попадают в ловушку, то они могут диссоциировать на атомах остаточного газа. При этом молекулярный ион дейтерия превращается в атомарный ион дейтерия и нейтральный атом дейтерия или в два атомарных иона и один электрон:

Так как масса атомарного иона дейтерия D + в два раза меньше массы молекулярного нона D + ₂, то и радиус его вращения в магнитном поле также вдвое меньше, и, следовательно, атомарный ион остается в ловушке (рис. 16). На таком принципе основана, в частности, работа самой большой советской магнитной ловушки «Огра», построенной в 1958 г. Молекулярные ионы дейтерия с очень большой энергией создаются специальным устройством, которое называют плазменной пушкой или инжектором. Она в принципе работает так же. как уже рассмотренный выше плазменный двигатель. Современные плазменные пушки позволяют получать сгустки ионов водорода или дейтерия, вылетающие с огромной скоростью — 300—500 км/сек.

Конечно, это не единственные способы получения горячей плазмы; плазма нагревается, например, при диффузии противоположных магнитных полей, при прохождении ударной волны и т.д. В последнее время исследуются возможности использования мощного лазера для нагревания до термоядерных температур очень малого объема плазмы. В такой подожженной, как спичкой, плазме должна, по замыслу, дальше непрерывно протекать термоядерная реакция синтеза. Но все это — дело будущего.

Ученые надеются, что в конце концов удастся овладеть тайной управляемой реакции термоядерного синтеза. И тогда человечество получит неиссякаемый источник энергии на многие миллионы лет.

4) Плазма во вселенной.

Знания о звездах, планетах и туманностях пока получают главным образом путем исследования их излучения. Однако это очень трудная задача, так как большая доля излучения оказывается недоступной для наблюдения. Земная атмосфера не пропускает излучение, длина волны которого меньше 2900 Å. В инфракрасной же области спектра значительная доля излучения задерживается содержащимися в атмосфере водяными парами. Кроме того, непосредственно удается наблюдать только самые внешние слои Солнца и звезд. Недра же Солнца и звезд оказываются полностью скрытыми от наблюдателя. Выводы о физических условиях в глубинных слоях небесных светил можно сделать лишь на основании только общих физических закономерностей и, в частности, закономерностей физики плазмы. Таким путем удается установить структуру, строение и температуру звездных атмосфер, состояние недр звезд, а также условия, которые существуют в газовых туманностях и в межзвездном пространстве. В настоящее время с развитием астрофизики и, в частности, радиоастрономии открылись новые возможности для изучения природы звезд и межзвездной материи.

А) Откуда Солнце и звезды черпают свою энергию?

Сначала существовало представление, что источниками энергии на Солнце и звездах служат химические реакции. Однако это предположение было полностью отвергнуто учеными еще в XVII в. Первое научное объяснение очень высокой температуры звезд и Солнца было выдвинуто около 100 лет назад немецким ученым Гельмгольцем. Он предположил, что очень высокая температура Солнца обусловлена действием сил тяготения. Давайте представим себе громадное газовое облако с массой, примерно равной массе Солнца, но в миллионы раз превосходящее его по своим размерам. Пусть эта масса газа достаточно удалена от остальных частей Вселенной. В силу закона всемирного тяготения облако будет постепенно сжиматься. Уменьшение объема должно вызвать повышение температуры и плотности газа. Наконец, в результате очень сильного сжатия в центральной части первоначального газообразного облака начнется конденсация, т.е. переход вещества из газообразного в жидкое и затем даже в твердое состояние. С помощью таких простейших рассуждений Г.Гельмгольц показал, что существует возможность объяснения достаточно продолжительного периода существования Солнца.

После открытия радиоактивности была обнаружена недостаточность теории Гельмгольца. Дело в том, что по расчетам Гельмгольца Солнце при той интенсивности излучения, которая имеется в настоящее время, могло бы существовать 10—40 миллионов лет. Однако после открытия явления радиоактивности был установлен возраст Земли. Эта оценка была выполнена по тому количеству урана и продуктов его распада, которое имеется в земной коре. Оказалось, что Земля существует не менее пяти миллиардов лет. Отсюда стала полностью понятна недостаточность объяснения, данного Гельмгольцем.

Источником энергии Солнца и звезд нельзя считать также и имеющиеся на них в достаточном количестве радиоактивные вещества. После того как ученые установили закон радиоактивного распада, стало ясно, что, если бы энергия Солнца была обусловлена радиоактивным распадом, это время существования Солнца было бы даже меньше того, которое давала теория Гельмгольца.

Успехи в области физики позволили разрешить в дальнейшем проблемы источников солнечной и звездной энергии. Оказалось, что объяснение, данное Гельмгольцем, не является столь уж и плохим. Необходимо было только с помощью новейших данных науки уточнить и дополнить первоначальную теорию Гельмгольца.

Благодаря очень высоким температурам и давлениям, существующим внутри Солнца и звезд, атомы всех элементов должны быть почти полностью ионизованы.

Это создает необходимые условия для протекания в недрах звезд и Солнца реакций синтеза легких ядер — термоядерных реакций. Именно термоядерные реакции являются основным источником энергии Солнца и звезд и происходят в их недрах в огромных масштабах.

Термоядерные реакции приводят к освобождению огромной энергии и связаны с превращениями одних элементов в другие.

Б) Как «устроено» Солнце?

По современным представлениям, Солнце состоит из ряда концентрических сфер, или областей, каждая из которых обладает специфическими особенностями. Схематический разрез Солнца показывает его внешние особенности вместе с гипотетическим внутренним строением. Энергия, освобождаемая термоядерными реакциями в ядре Солнца, постепенно прокладывает путь к видимой поверхности светила. Она переносится посредством процессов, в ходе которых атомы поглощают, переизлучают и рассеивают излучение, т.е. лучевым способом. Пройдя около 80% пути от ядра к поверхности, газ становится неустойчивым, и дальше энергия переносится уже конвекцией к видимой поверхности Солнца и в его атмосферу.

Внутреннее строение Солнца слоистое, или оболочечное, оно состоит из ряда сфер, или областей. В центре находится ядро, затем область лучевого переноса энергии, далее конвективная зона и, наконец, атмосфера. К ней ряд исследователей относят три внешние области: фотосферу, хромосферу и корону. Правда, другие астрономы к солнечной атмосфере относят только хромосферу и корону. Остановимся кратко на особенностях названных сфер.

Ядро — центральная часть Солнца со сверхвысоким давлением и температурой, обеспечивающими течение ядерных реакций. Они выделяют огромное количество электромагнитной энергии в предельно коротких диапазонах волн.

Область лучистого переноса энергии — находится над ядром. Она образована практически неподвижным и невидимым сверхвысокотемпературным газом. Передача через нее энергии, генерируемой в ядре, к внешним сферам Солнца осуществляется лучевым способом, без перемещения газа. Этот процесс надо представлять себе примерно так. Из ядра в область лучевого переноса энергия поступает в предельно коротковолновых диапазонах — гамма излучения, а уходит в более длинноволновом рентгеновском, что связано с понижением температуры газа к периферической зоне.

Конвективная область — располагается над предыдущей. Она образована также невидимым раскаленным газом, находящимся в состоянии конвективного перемешивания. Перемешивание обусловлено положением области между двумя средами, резко различающимися по господствующим в них давлению и температуре. Перенос тепла из солнечных недр к поверхности происходит в результате локальных поднятий сильно нагретых масс воздуха, находящихся под высоким давлением, к периферии светила, где температура газа меньше и где начинается световой диапазон излучения Солнца. Толщина конвективной области оценивается приблизительно в 1/10 часть солнечного радиуса.

Фотосфера — это нижний из трех слоев атмосферы Солнца, расположенный непосредственно на плотной массе невидимого газа конвективной области. Фотосфера образована раскаленным ионизированным газом, температура которого у основания близка к 10000 К (т. е. абсолютная температура), а у верхней границы, расположенной примерно в 300 км выше, порядка 5000 К. Средняя температура фотосферы принимается в 5700 К. При такой температуре раскаленный газ излучает электромагнитную энергию преимущественно в оптическом диапазоне волн. Именно этот нижний слой атмосферы, видимый как желтовато-яркий диск, зрительно воспринимается нами как Солнце.

Через прозрачный воздух фотосферы в телескоп отчетливо просматривается ее основание — контакт с массой непрозрачного воздуха конвективной области. Поверхность раздела имеет зернистую структуру, называемую грануляцией. Зерна, или гранулы, имеют поперечники от 700 до 2000 км. Положение, конфигурация и размеры гранул меняются. Наблюдения показали, что каждая гранула в отдельности выражена лишь какое-то короткое время (около 5-10 мин.), а затем исчезает, заменяясь новой гранулой. На поверхности Солнца гранулы не остаются неподвижными, а совершают нерегулярные движения со скоростью примерно 2 км/сек. В совокупности светлые зерна (гранулы) занимают до 40% поверхности солнечного диска.

Процесс грануляции представляется как наличие в самом нижнем слое фотосферы непрозрачного газа конвективной области — сложной системы вертикальных круговоротов. Светлая ячея — это поступающая из глубины порция более разогретого газа по сравнению с уже охлажденной на поверхности, а потому и менее яркой, компенсационно погружающейся вниз. Яркость гранул на 10-20% больше окружающего фона указывает на различие их температур в 200-300° С.

Образно грануляцию на поверхности Солнца можно сравнить с кипением густой жидкости типа расплавленного гудрона, когда со светлыми восходящими струями появляются пузырьки воздуха, а более темные и плоские участки характеризуют погружающиеся порции жидкости.

Исследования механизма передачи энергии в газовом шаре Солнца от центральной области к поверхности и ее излучение в космическое пространство показали, что она переносится лучами. Даже в конвективной зоне, где передача энергии осуществляется движением газов, большая часть энергии переносится излучением.

Таким образом, поверхность Солнца, излучающая энергию в космическое пространство в световом диапазоне спектра электромагнитных волн, — это разреженный слой газов фотосферы и просматривающаяся сквозь нее гранулированная верхняя поверхность слоя непрозрачного газа конвективной области. В целом зернистая структура, или грануляция, признается свойственной фотосфере — нижнему слою солнечной атмосферы.

Хромосфера. При полном солнечном затмении у самого края затемненного диска Солнца видно розовое сияние — это хромосфера. Она не имеет резких границ, а представляет собой сочетание множества ярких выступов или языков пламени, находящихся в непрерывном движении. Хромосферу сравнивают иногда с горящей степью. Языки хромосферы называют спикулами. Они имеют в поперечнике от 200 до 2000 км (иногда до 10000) и достигают в высоту нескольких тысяч километров. Их надо представлять себе как вырывающиеся из Солнца потоки плазмы (раскаленного ионизированного газа).

Установлено, что переход от фотосферы к хромосфере сопровождается скачкообразным повышением температуры от 5700 К до 8000 — 10000 К. К верхней же границе хромосферы, находящейся приблизительно на высоте 14000 км от поверхности солнца, температура повышается до 15000 — 20000 К. Плотность вещества на таких высотах составляет всего 10-12 г/см3, т. е. в сотни и даже тысячи раз меньше, чем плотность нижних слоев хромосферы.

Солнечная корона — внешняя атмосфера Солнца. Некоторые астрономы называют ее атмосферой Солнца. Она образована наиболее разреженным ионизированным газом. Простирается примерно на расстояние 5 диаметров Солнца, имеет лучистое строение, слабо светится. Ее можно наблюдать только во время полного солнечного затмения. Яркость короны примерно такая же, как у Луны в полнолуние, что составляет лишь около 5/1000000 долей яркости Солнца. Корональные газы в высокой степени ионизированы, что определяет их температуру примерно в 1 млн. градусов. Внешние слои короны излучают в космическое пространство корональный газ — солнечный ветер. Это второй энергетический (после лучистого электромагнитного) поток Солнца, получаемый планетами. Скорость удаления коронального газа от Солнца возрастает от нескольких километров в секунду у короны до 450 км/сек на уровне орбиты Земли, что связано с уменьшением силы притяжения Солнца при увеличении расстояния. Постепенно разреживаясь по мере удаления от Солнца, корональный газ заполняет все межпланетное пространство. Он воздействует на тела Солнечной системы как непосредственно, так и через магнитное поле, которое несет с собой. Оно взаимодействует с магнитными полями планет. Именно корональный газ (солнечный ветер) является основной причиной полярных сияний на Земле и активности других процессов магнитосферы.

Заключение

В своей курсовой я рассмотрела лишь основную часть информации о плазме: что такое плазма, поведение плазмы в электрических и магнитных полях, проблему удержания высокотемпературной плазмы, устойчивость плазмы и самую малую часть вопроса «Плазма во вселенной». Ни одна из работ будь то курсовая, статья или другой исследовательский труд, не сможет охватить того количества информации известной сейчас о плазме. Заканчивая курсовую, посвященную плазме нельзя не сказать о достижениях и перспективах применения плазмы, связанных с ее изучением.

На данный момент плазма находит широкое применение в самых разных областях науки и техники: высокотемпературная плазма из дейтерия и трития, а также изотопа гелия — основной объект исследований по управляемому термоядерному синтезу. Низкотемпературная плазма применяется в газоразрядных источниках света, газовых лазерах и плазменных дисплеях, в термоэмиссионных преобразователях тепловой энергии в электрическую и в магнитогидродинамических генераторах. Если «обратить» магнитогидродинамический генератор, то образуется плазменный двигатель, весьма перспективный для длительных космических полетов. Плазмотроны, создающие струи плотной низкотемпературной плазмы, применяются в различных областях техники. В частности, с их помощью режут и сваривают металлы, наносят покрытия. В плазмохимии низкотемпературную плазму используют для получения некоторых химических соединений, которые не удается получить другим путем. Кроме того, высокая температура плазмы обеспечивает высокую скорость протекания химических реакций. Плазма твердого тела — это особая глава в развитии и широчайшем применении физики плазмы.

Список используемой литературы

1. Милантьев В.П., Темко С.В. «Физика плазмы». М., Просвещение, 1983.

2. Голант В.Е., Жилинский А.П., Сахаров И.Е. Основы физики плазмы. М.: Атомиздат, 1977

3. Котельников И.А., Ступаков Г.В. Лекции по физике плазмы. Нсб.: НГУ, 1996

4. Кролл Н., Трайвелпис А. Основы физики плазмы. М.: Мир, 1975

5. Кузнецов Э.И., Щеглов Д.А. Методы диагностики высокотемпературной плазмы. М.: Атомиздат, 1974

6. Леонтович М.А. (ред.) Физика плазмы и проблема управляемых термоядерных реакций. Том 1. М.: Изд-во АН СССР, 1958

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Электрический ток в плазме – физика явлений, как она есть

Многие из нас видели красивейшие электрические шары, внутри которых от центрального ядра ток по «воздуху» перемещается к стенкам. Зрелище завораживающее. Наверняка многим было интересно, какие процессы протекают внутри, и как создается такая красота.

Данный шар называется плазменным, и, соответственно, протекает электрический ток в плазме. Что это такое мы подробно расскажем в данной статье.

Плазма – четвертое состояние вещества

Итак, нашу статью мы разобьем на 3 части. В первой мы поговорим про «сухую» теорию, касаемую явления плазмы, во второй – расскажем о возможности протекания электрического тока через плазму на просторах вселенной, и в третьей – проведем собственные опыты и попытаемся сделать плазменный шар у себя дома, своими руками.

Что такое плазма

Плазма представляет собой ионизированный газ, который образуется из заряженных ионов и электронов и из нейтральных атомов.

• Одной из главных особенностей плазмы является ее квазинейтральность, то есть положительные и отрицательные частицы, из которых она состоит, находятся в одинаковом объеме.
• Плазмой может стать любой газ, если составляющие его атомы потеряли электроны по какой-либо из причин.

Интересно знать! После того, как в газе не осталось нейтральных частиц, плазма становится полностью ионизированной.

• По сути, газ и плазма не отличаются друг от друга, и это состояние считается естественным вообще для любого вещества. Давайте вспомним, что любое твердое вещество при нагревании начинает плавиться, становясь жидким. Если еще увеличить температуру, то начинается процесс испарения, превращения в газ.

• В случае молекулярных газов, таких как азот или водород, молекулы газа начинают распадаться на отдельные атомы при дальнейшем возрастании температуры. Этот процесс называется диссоциацией.
• Продолжаем нагрев – газ начинает ионизироваться, то есть появляются свободные электроны и ионы. Именно эти заряженные частицы имеют способность проводить электрический ток. Отсюда можно вывести первое определение плазмы, как проводящего ток газа.

Интересно знать! Нагревание – не единственный способ получить плазму. Также состояние плазмы у газов могут вызывать: космические лучи, ультрафиолетовое и радиоактивное излучение, проходящий пучок быстрых электронов и прочее.

Выходит, что плазма – это четвертое состояние вещества, больше всего походящее на газ, и ведущее себя точно также при многих условиях.

• Однако не всегда это утверждение верно, особенно в случае протекания по плазме электрического тока. Именно поэтому плазму вынесли, как четвертое состояние вещества.
• Термин плазма был введен в обиход в 1923 году американскими физиками Тонгсом и Лэнгмюром. До этого момента этим словом называли лишь жидкий бесцветный компонент крови, живых тканей и молока.

• Данное состояние вещества, естественно, встречается в природе. В частности, ионосфера нашей планеты является слабоионизированной плазмой, а наше Солнце – плазма ионизированная полностью. Искусственную плазму в быту можно встретить в самых обычных газоразрядных лампах.

Плазма бывает двух типов:

1. Низкотемпературная – температуры ниже 100000К;
2. Высокотемпературная – температуры выше 100000К.

Для обоих видов характерны высокая электропроводность и сильное взаимодействие с окружающими электромагнитными и электрическими полями.

Интересно знать! Во вселенной 99% вещества – это и есть плазма.

Если в сосуд, заполненный плазмой, поместить два электрода, то в случае наличия между ними электрического поля, ток потечет через плазму – отрицательные ионы двигаются к положительно заряженному электроду, и наоборот. При этом процесс сопровождается различными оптическими и тепловыми явлениями. Данное явление называется газовым разрядом.

Газовые разряды бывают нескольких типов:

• Несамостоятельный разряд – если явление происходит только при постоянном внешнем воздействии, вызывающем ионизацию газа. Как только внешнее воздействие прекращается, ионы и электроны при столкновении снова превращаются в нейтральные молекулы вещества.
• Самостоятельный разряд – продолжает гореть даже после прекращения действия внешнего ионизатора. Отличие от предыдущего состоит в том, что тут будет значительно выше сила тока, что происходит при увеличении напряжения между электродами.

Начиная с некоторой величины напряжения, сила тока расти перестает и становится равной силе насыщения Iн. Говорит это о том, что все заряженные частицы, которые появляются за некоторую единицу времени, оказываются вовлеченными в газовый разряд, простыми словами расти току больше некуда.

Момент перехода от несамостоятельного к самостоятельному разряду сопровождается резким возрастанием силы тока – он называется электрическим пробоем газа. Процесс разряда в газе очень сложный и по законам, им управляющим, и по составу носителей тока.

Интересно знать! Газовый разряд подчиняется закону Ома лишь при небольших значениях силы тока и напряжения.

Во время протекания тока по плазме, в зависимости от ее состояния, можно выделить некоторые типы самостоятельного разряда. Наиболее важными среди них считаются следующие:

• Тлеющий разряд – этот тип разряда возникает при разряженном газе внутри сосуда, то есть его давление ниже, чем атмосферное, и при сниженной температуре катода.

Применяется этот тип разряда в различных лампах, неоновых трубках.

• Следующий тип называется дуговым. Происходит он между двумя электродами, например, угольными, которые на короткое время соприкоснулись, после чего были разведены в сторону. Похож он на яркий шнур. Процесс сопровождается мощным выбросом ультрафиолетового излучения.

Явление электрической дуги было открыто еще в 1802 году русским физиком В.В. Петровым, а практическое применение ей было найдено позже, в 1876 году. Сделал это П.Н Яблочков, доказав возможность использования для освещения и сварки металлов.

• Искровой разряд возникает при высоких напряжениях и атмосферном давлении. Самым ярким примером является обычная молния. При этом разряд не горит долго, а появляется лишь на короткое время.

• Ну, и последний – коронный разряд. Он также возникает при атмосферном давлении и высоком напряжении, но в отличие от искрового ему требуется неоднородное электрическое поле около электродов с кривой поверхностью, например провода или какого-нибудь острия.

Внешне он напоминает светящуюся корону, откуда и пошло его название. В природе данные разряды можно встретить в преддверии приближающейся грозы, когда светиться могут мачты кораблей, одинокие вершины деревьев, а иногда и поднятые руки людей. Данный разряд используется в электрических фильтрах газа.

Интересно знать! Если что-нибудь слышали про «огни святого Эльма», то знайте – это и есть коронные разряды. Церковь, воздвигнутая в честь этого святого в средние века, часто светилась на шпилях подобным образом.

Тот или иной тип разряда может быть как полезным, так и наоборот, доставить кучу проблем. Например, в сильноточных цепях при размыкании контактов может образоваться искровой и даже дуговой разряды. Чтобы этого не происходило, инженеры предусматривают специальные системы защиты – те же масляные переключатели.

Межзвездная плазма

Не так давно ученые со всего света сходились во мнении, что межзвездное пространство является идеальным вакуумом. Более того, этой точки зрения до сих пор придерживаются многие специалисты, но как показывают последние исследования, это не совсем верно.

• Космос пустым не является и пространство его наполнено плазмой, очень разряженной, но все-таки.
• В основном это легкие молекулы гелия, водорода – их ионы и электроны. Концентрация составляет одну частицу на 1 кубический сантиметр, что в 1013 раз меньше, чем в земном воздухе.
• Исследования космоса показали, что между небесными телами постоянно протекают токи Бикерланда, и этому никак не препятствует низкая концентрация плазмы, которая, как мы выяснили, является прекрасным проводником.
• Среди ученых сегодня ведутся активные споры о заряде космической плазмы. Так, Хеннес Альфвен и Джеймс Маккэни считают ее практически нейтральной и лишь чуть-чуть позитивной. Это противоречит официальной теории о полной нейтральности солнечного ветра.
• Впервые о положительно заряженной космической плазме, из которой состоит солнечный ветер, заявил еще в 1930 году геофизик и математик Сидни Чепмен. К такому же выводу пришел недавно в своих изысканиях лауреат нобелевской премии 1968 года Луис Альварес. Этого же мнения придерживаются многие именитые ученые по всему миру.

Поведение электрического тока в плазме

Мы уже знаем, что разряд плазменного тока похож на светящуюся нить, соединяющую электроды. Почему происходит сворачивание, расскажет эта глава.

• Чтобы данный феномен стал понятен, необходимо вспомнить курс школьной физики. В частности нас интересует электромагнетизм, и то, как генерируется электромагнитное поле.

• На рисунке выше показано, как ток, протекающий через провод, создает перпендикулярное ему магнитное поле.
• То же самое происходит и в плазме, но она, в отличие от жесткого провода, не имеет определенной формы.
• Собирается плазма в пучки именно благодаря магнитному полю, то есть оно его стягивает, как бы в провод, и направляем в определенную точку. Данный тип нитевидных разрядов получил название ток Бикерланда.

• А что произойдет, когда рядом окажутся две плазменные нити?
• Магнитные поля от них сначала начинают притягиваться, стремясь слиться вместе. Но соединения нитей в одну не происходит, из-за того, что магнитные поля вращаются.
• В результате взаимодействия нити обвиваются, создавая простейшую спираль. Образовавшаяся структура называется плазменным вихрем.

• Как только нити сближаются на достаточное расстояние, образуется некая сила отталкивания, которая не дает произойти слиянию потоков. При этом притяжение и отталкивание дают очень стабильную структуру, что и позволяет нитям удерживаться на некотором расстоянии. То есть ни слиться, ни разъединиться они не могут.
• Данный феномен очень распространен в природе. С его помощью можно объяснить структуру ураганов, вихрей, вращение звезд, планет, форму галактик и многое, многое другое.

Плазменный шар у вас дома

Вы думаете, что для осуществления этой идеи нужно обладать знаниями по физике на уровне академии? Ничего подобного – вполне достаточно элементарных навыков в радиоэлектронике, ну, или хотя бы четкое следование инструкции, и знание основ безопасности. В общем, не суйте пальцы в розетку, и все будет хорошо.

Осторожно! В приборе будет высокое напряжение, не подпускайте к нему детей.

Для работы нам понадобятся:

• Самая обыкновенная лампа накаливания, которая, собственно, плазменным шаром и станет.

• Люминесцентная энергосберегающая лампа – из нее мы извлечем плату.

• Последней частью схемы будет строчный трансформатор, который можно достать из любого старого кинескопного телевизора.

• Определить положение трансформатора очень просто – вы узнаете его по характерной присоске, которая подсоединяется сзади к кинескопу телевизора.

Совет! Используем ТВС или ТДКС без конденсатора. Умножители брать нельзя, так как они очень опасны.

• Из энергосберегающей лампы извлекается управляющая плата. Будьте предельно осторожны при разборе, чтобы не повредить колбу, так как в ней содержится опасная ртуть.
• Чтобы отсоединить плату необходимо аккуратно отмотать проводки.
• От платы будет отходить два провода – по ним подается питание на 220В из общественной сети. Соединяем их с любой вилкой, например, от того же телевизора.

• Далее нужно подключить трансформатор, но мы видим, что выводов 4, а нам нужно лишь 2, как быть? Переворачиваем плату и смотрим, куда идут дорожки от контактов.
• Те выводы, которые идут только на конденсатор, нам не нужны. Конденсатор находится на 12 часов (красная деталь), на фото выше.
• Припаиваем провода – так устройство будет безопаснее и надежнее.

• С трансформатором все немного сложнее, ведь на нем много выводов, а нам по-прежнему нужно лишь два.
• Для определения нужных поможет мультиметр.

• Переводим прибор в режим измерения сопротивления, ставим один щуп на произвольный контакт, а вторым поочередно прозваниваем остальные, в поисках обмотки с наибольшим сопротивлением.
• Полностью прозвонив один контакт, переходим ко второму, и так далее. В нашем случае нужными оказались 2 и 7 контакты. Подпаиваем к ним провода, тщательно все изолируем (лучше всего придумать какой-нибудь корпус) и можно к присоске подключать лампу накаливания.
• Вот что мы получили в итоге.

Перед вами самый что ни наесть настоящий плазменный шар. Но как это все работает?

Давайте попробуем разобраться:

• Плата из лампочки повышает частоту сети с 50-ти до нескольких десяток тысяч Герц.

Интересно знать! Постоянный ток не сможет запитать плазменный шар.

• Роль трансформатора сводится к увеличению напряжения с 220В до тех же десятков тысяч.
• Высокое напряжение вызывает ионизацию инертного газа, который закачан в колбу лампы накаливания. Отсюда и появляется плазма.
• Однако все видели, что к колбе можно прикоснуться и человека током при этом не ударит. Почему?
• Секрет в том, что протекающие токи очень малы, несмотря на такое высокое напряжение, и они не могут нанести вреда. Опасным в данной конструкции является сетевое напряжение, которое мы так тщательно изолировали.
• Теперь давайте возьмем лампу чуть большего размера.

• При мощности лампы в 1000 Вт получаем вот такой шар, который не уступит заводскому в яркости эффектов.

Интересно знать! При включении лампы от нее начинает пахнуть грозой!

С плазменным шаром можно провести ряд экспериментов:

• Прикоснитесь к работающему плазменному шару люминесцентной или любой другой лампой, и вы увидите, что она начнет гореть. Отодвиньте лампу, но свечение никуда не денется, так как ток будет передаваться по воздуху без проводов.

• Можно добыть огонь, проложив между пальцем и колбой лист бумаги. Проскакивающие искры за секунды заставят бумагу гореть. Будьте осторожны при проведении этого опыта.

• Попробуйте также послушать музыку плазмы, коснувшись одним пальцем вывода от работающих колонок, а другим – самого шара.

Экспериментов можно придумать множество, и кто знает, какие свойства могут открыться именно вам.

Итак, мы разобрали электрический ток в газах и понятие о плазме. Надеемся, статья была интересной и полезной для вас. В дополнение просмотрите подобранное видео.

Как плазма проводит электрический ток

Войти

Авторизуясь в LiveJournal с помощью стороннего сервиса вы принимаете условия Пользовательского соглашения LiveJournal

«Одно из свойств плазмы — проводить электрический ток» — очень интересное замечание, как оказывается

Частенько, когда появляются новые комментарии к моим старым статьям, мне приходится перечитывать статью, чтобы вспомнить, о чём я в ней писал. Этот процесс бывает полезен для того, чтобы чуть по-новому взглянуть на давно устоявшиеся взгляды и внести в них небольшие коррекции. Жаль, что этот метод не используется в нашей науке и старые привычки очень редко пересматриваются.

Сегодня я хочу привести вам простой пример того, как обычное повторение прописных истин приводит к их переосмыслению и то, что всё время лежало на поверхности, наконец, начинает приобретать совершенно другую форму.

То, что написано в заголовке — общеизвестный факт, на который никто не обращает ни малейшего внимания. До каких-то пор он и у меня не вызывал вопросов, но если долго смотреть на Солнце, то и на нём можно заметить пятна.

Вопрос, в данном случае, достаточно прост по сути, но глубок по содержанию и звучит примерно так: почему плазма считается проводником электрического тока, а не его источником?

Давайте попробуем применить некоторые утверждения современной физики к плазме и посмотрим, что из этого получится:

1. Электрический ток — это упорядоченное или направленное движение зарядов или заряженных частиц.
По этому определению, хотя плазма вся и состоит из заряженных частиц, внешнего тока не получается, т.к. эти частицы, якобы, движутся хаотично и ток взаимокомпенсируется. Т.е. ток есть, но он проходит только внутри плазмы, вроде токов Фуко.
Почему «якобы»? Потому что исследования плазмы в условиях невесомости на МКС показали, что она составляет кристаллическую, т.е. упорядоченную структуру, что явилось шоком для исследователей и за этот десяток лет я не видел ни одной статьи, в которой давалось бы правдоподобное объяснение данному эффекту. Поэтому пока и мы его пропустим.

2. Теперь посмотрим на отдельные заряды. Если движение заряда создаёт электрический ток, то вокруг этого заряда должно создаваться магнитное поле. Когда я написал статью о том, что движущийся заряд не может создавать магнитного поля — это вызвало бурное негодование у «знающей» части сообщества и долгое обсуждение, но никаких доказательств мне никто предоставить так и не смог. Теперь мы пойдём строго по теории: заряд движется значит создаёт ток и вокруг него создаётся магнитное поле. Таких зарядов вокруг множество и все они движутся по своим направлениям, а значит как-то взаимодействуют этими полями несмотря на свой заряд, потому что одноимённые полюса магнитного поля отталкиваются, а разноимённые притягиваются. В результате мы получаем изменяющееся магнитное поле на участке электрической цепи, что неизбежно должно приводить к возникновению ЭДС индукции в проводнике (плазма ведь проводник и с этим никто не спорит).
А теперь следите за руками:
ЭДС индукции возбуждает электрический ток во всех связанных проводниках — это как минимум в соседних частицах.
В соседних частицах ток обусловлен их собственным зарядом и движением, однако, в них должен возникать дополнительный ток индукции. Это как. Из чего он должен состоять? Заряд частиц не изменяется, может тогда вырастает скорость? Тогда следующий пункт:

3. ЭДС индукции зависит от скорости изменения магнитного потока. Другими словами, если скорость частицы увеличилась, то увеличилась скорость изменения магнитного потока, а с ним увеличивается ЭДС индукции! Мы получаем цепную реакцию разогрева плазмы замкнутыми токами Фуко. Это обычный БТГ, одобренный современной физикой.
Однако это почему-то не работает. Плазма не хочет саморазогреваться и выдавать нам халявную энергию. А почему, собственно? «Может в консерватории надо что-то подправить?» М. Жванецкий.
Но и это ещё не всё.

4. Нам постоянно рассказывают про то, что ускоряющийся заряд должен излучать ЭМ энергию в виде ЭМ фотонов. Так может хоть тут получится урвать кусок халявной энергии?
Смотрите, частицы в плазме хоть и движутся хаотично, но явно с различными ускорениями под действием как самих зарядов, так и магнитных полей, токов и т.д., а это значит, что плазма должна постоянно что-то излучать. И она действительно излучает:
ИК излучение при остывании, что означает собственное излучение атома при переходе электрона на нижнюю орбиту;
тормозное излучение электронов об ионы, что имеет свой спектр.
Но где тот самый непрерывный спектр излучения от самого торможения зарядов. Я перелопатил массу работ и нигде его не обнаружил, как его нет и от вращения электронов в атоме. Мы могли бы надеяться получить от всех этих теорий хотя бы вечный фонарик, но видно не судьба.

В общем, хотя теорией не запрещается, но на практике не получается. Значит мы в очередной раз можем убедиться в том, что все эти теории полное гов..удобрение для следующих поколений исследователей.