送交者: CANADAGE 于 October 27, 2001 23:55:16:
二．什么是等离子体？
教科书上有个简明的说法，等离子体是物质自然存在的第四态。前三态是固体、液体、和气体状态，这在小学自然课就教过的。一般常拿水作例子。水在零度以下是固体，就是冰。放在锅里烧，温度升高了，冰就化成液态，成为水。再使劲烧，到了沸点，水就变成气态，叫作水蒸汽。这里稍讲深一点，温度增加了，这物质内部怎么了？从物理角度看，我们说它的“焓值”增加了。通俗地说，就是单位体积的物质所含的能量增加了。比如，用三十来度的水洗淋浴挺舒服，要是水烧到七、八十度再洗，它含有的高能量就会把你烫伤。
回到前边话题，要是把水蒸汽再加热，比方几千度、上万度地烧，会怎样呢？哈，哈──，这就是物质的第四态，等离子体状态！
物质在等离子体状态有什么特点呢？大家都知道物质是由原子构成的，原子内部又含有电子和原子核。物质从气态过渡到等离子体状态后，电子就会跑出原子(当然看实验条件，不一定全都能挣脱原子核的束缚跑出来)成为带负电荷的“自由电子”，留下带正电荷的“离子”。还有一部分原子因为吸收的能量不足，电子还一个都没跑掉，仍然是中性的(没电荷)。所以等离子体就是电子、离子、和中性粒子构成的这么个混合体。它导电(因为有可以在电场作用下运动的正负电荷存在)，但宏观上又是中性的(正电荷和负电荷的数目相等)。中文里等离子体这个词就是这么来的。
别觉得等离子体神秘，其实我们生活的这个宇宙，99%的物质都是处在等离子体状态。右边这个图给出自然存在的等离子体的一些例子。咱们熟悉的有闪电呀、北极光呀、宇宙射线呀等等。太阳本身也就是个等离子体的大火球。顺便说一句，太阳核心的温度高达一千五百万度，作为对比，地下岩浆滚滚，不过才一千二百来度。等离子体未必都得是“滚烫”的。常见的霓虹灯广告牌里，也是等离子体的状态。不过，这种等离子体里的电子浓度，即单位体积里电子的个数，很低，一般叫“冷等离子体”，或者“非平衡等离子体”。“非平衡”的意思是说，其中的电子温度远远高于重粒子的温度(Te»Th)。反之，如果重粒子温度差不多等于电子的温度(Te≈Th)，就是“热等离子体”了。要注意大多数热等离子体未必就是严格热力学意义上所谓“平衡”的，科学家常称其为“局域平衡”。这有点深奥了，咱们打住。记住“冷等离子体”不烫(室温至百十来度)就行了，要不买台等离子体显示的电视机回家，看电视变成烤火了！
还得说一句。欧美学派的科学家是把除却“冷等离子体”外的等离子体都称之为“热等离子体”的。而前苏联学派(中国大陆以前亦从此派)则把绝大部分局域平衡的等离子体(几千至几万度)都归为“冷”的一类，只把比如热核条件下产生的极高温等离子体才称为“热”的等离子体。所以，即使同行，交流起来也得先定义一番。