Plazma je stav hmoty, který se často považuje za podmnožinu plynů, ale oba stavy se chovají velmi odlišně. Stejně jako plyny nemá plazma pevný tvar ani objem a má menší hustotu než pevné látky nebo kapaliny. Na rozdíl od běžných plynů se však plazma skládá z atomů, kterým byly odebrány některé nebo všechny elektrony a volně se v nich pohybují kladně nabitá jádra, tzv. ionty.

„Plyn je tvořen neutrálními molekulami a atomy,“ řekl Xuedong Hu, profesor fyziky na univerzitě v Buffalu. To znamená, že počet záporně nabitých elektronů se rovná počtu kladně nabitých protonů.

„Plazma je nabitý plyn se silnými coulombovskými interakcemi,“ uvedl Hu pro časopis Live Science. Atomy nebo molekuly mohou získat kladný nebo záporný elektrický náboj, když získají nebo ztratí elektrony. Tento proces se nazývá ionizace. Plazma tvoří Slunce a hvězdy a je nejběžnějším stavem hmoty ve vesmíru jako celku.

(Krevní plazma je mimochodem něco úplně jiného. Je to tekutá část krve. Podle Amerického červeného kříže obsahuje 92 procent vody a tvoří 55 procent objemu krve)

Nabité částice

Typický plyn, například dusík nebo sirovodík, je tvořen molekulami, které mají čistý náboj nula, takže objem plynu jako celku má čistý náboj nula. Plazma, které se skládá z nabitých částic, může mít čistý náboj nula v celém svém objemu, ale ne na úrovni jednotlivých částic. To znamená, že elektrostatické síly mezi částicemi v plazmatu se stávají významnými, stejně jako vliv magnetických polí.

Protože se plazma skládá z nabitých částic, může dělat věci, které plyny dělat nemohou, například vést elektřinu. A protože pohybující se náboje vytvářejí magnetická pole, může je mít i plazma.

V běžném plynu se všechny částice chovají zhruba stejně. Pokud tedy máte plyn v nádobě a necháte ho vychladnout na pokojovou teplotu, všechny molekuly uvnitř se budou v průměru pohybovat stejnou rychlostí, a kdybyste změřili rychlost spousty jednotlivých částic, dostali byste křivku rozdělení, kde by se spousta z nich pohybovala blízko průměru a jen některé buď zvlášť pomalu, nebo rychle. To proto, že v plynu do sebe molekuly podobně jako kulečníkové koule narážejí a předávají si energii.

To se v plazmatu neděje, zejména ne v elektrickém nebo magnetickém poli. Magnetické pole může například vytvořit populaci velmi rychlých částic. Většina plazmatu není dostatečně hustá na to, aby se částice vzájemně srážely příliš často, takže magnetické a elektrostatické interakce jsou důležitější.

Když už mluvíme o elektrostatických interakcích, protože částice v plazmatu – elektrony a ionty – mohou interagovat prostřednictvím elektřiny a magnetismu, mohou tak činit na mnohem větší vzdálenosti než běžný plyn. To zase znamená, že při diskusi o tom, co se děje v plazmatu, jsou důležitější vlny. Jedna z takových vln se nazývá Alfvénova vlna, pojmenovaná po švédském fyzikovi a nositeli Nobelovy ceny Hannesi Alfvénovi. Alfvénova vlna vzniká, když se magnetické pole v plazmatu naruší a vytvoří vlnu, která se šíří podél siločar. V běžných plynech nemá tato vlna obdoby. Je možné, že Alfvénovy vlny jsou důvodem, proč teplota sluneční koróny – rovněž plazmatu – dosahuje milionů stupňů, zatímco na povrchu jsou to jen tisíce.

Další vlastností plazmatu je, že může být udržováno na místě magnetickým polem. Právě na to se zaměřuje většina výzkumu v oblasti fúzní energie. K vytvoření podmínek pro fúzi je třeba velmi horké plazma – o teplotě milionů stupňů. Protože ji žádný materiál nedokáže zadržet, vědci a inženýři se obrátili na magnetické pole, které tuto úlohu splní.

Plazma v akci

Jedním z míst, kde můžete vidět plazmu v akci, je zářivka nebo neonový nápis. V těchto případech je plyn (u značek neon) vystaven vysokému napětí a elektrony jsou buď odděleny od atomů plynu, nebo vytlačeny do vyšších energetických hladin. Plyn uvnitř žárovky se stává vodivou plazmou. Excitované elektrony, které klesnou zpět na své předchozí energetické hladiny, vyzařují fotony – světlo, které vidíme v neonových nápisech nebo zářivkách.

Plasmové televizory fungují stejným způsobem. Do utěsněné mezery mezi dvěma skleněnými panely se vstřikuje plyn – obvykle argon, neon nebo xenon. Plynem prochází elektrický proud, který způsobí jeho rozzáření. Plazma excituje červené, zelené a modré luminofory, které v kombinaci vydávají specifické barvy, uvádí eBay.

Další využití plazmy je v plazmových koulích, které jsou plné směsí vzácných plynů, které vytvářejí barvy „blesků“ uvnitř nich, když elektrický proud plyn ionizuje.

Dalším příkladem využití plazmatu jsou polární záře, které obklopují póly, když je Slunce obzvlášť aktivní. Sluneční vítr je proud nabitých částic (většinou protonů), které dopadají na magnetické pole Země. Tyto nabité částice sledují magnetické siločáry a pohybují se směrem k pólům, kde se srážejí s atomy ve vzduchu, většinou s kyslíkem a dusíkem, a excitují je. Podobně jako neonový nápis vydávají excitované atomy kyslíku a dusíku světlo.

Sledujte LiveScience na Twitteru @livescience. Jsme také na Facebooku & Google+.