Bir fizik terimi olarak maddenin hali, maddenin aldığı farklı fazlardır. Günlük hayatta maddenin dört farklı hal aldığı görülür. Bunlar; katı, sıvı, gaz ve plazmadır. Maddenin başka halleri de bilinmektedir ancak bunlar şu anda teorik olarak ifade edilmektedirler.
Plazma kelimesi Yunanca jel ya da şekillendirilebilir malzeme anlamına gelir. 1879’da Sir William Crookes, Crookes katot ışını tüpü deneyinde gördüğü “ışık yayan madde”yi ilk fark eden bilim insanı olmuştur. İngiliz fizikçi Sir J.J. Thomson’un katot tüpüyle yaptığı deneyler atomun artı ve eksi yüklü parçacıklardan oluştuğunu iddia eden bir atom modeli önermesini sağlamıştır. Bu terimi ilk kez 1928’de kimyacı Irving Langmuir kullanmıştır, buluşuyla da 1932’de Nobel Kimya Ödülünü almıştır.
Langmiur yaklaşık yüzyıl önce iyonize olmuş gaza “plazma” adını vermiştir. Plazma maddenin 4. hali olarak kabul edilir ve pozitif ve negatif yüklü parçacıkların birlikteki hareketlerinin tamamıdır. Başka bir ifade ile plazma; elektronlarını yitirmiş atom çekirdekleriyle serbest kalmış elektronlardan oluşan gaza verilen isimdir. Günümüzde plazma fiziği hakkında çok az şey bilinmektedir. Bugüne kadar plazma dalında sadece bir kişinin Nobel Ödülü alması da bunun göstergesidir. Fakat her yüklü parçacığın bulunduğu iyonize olmuş sistemlere plazma denilmez.
Maddenin “plazma hali” gazlarda da olduğu gibi, belirli bir şekli ya da hacmi yoktur. Gazların aksine, plazmalar elektrik akımını iletirler. Manyetik alan ile elektrik akımı üretirler ve buna bağlı olarak elektromanyetik kuvvetlere karşılık verirler. Pozitif yüklü çekirdek, serbestçe hareket eden ayrılmış elektronların “deniz”inde yüzebilir. Aslında elektrik yapmak için plazma özel meselesi sağlayan bu elektron “deniz “dir.
Maddenin plazma hali genellikle yanlış anlaşılır ama gerçekte dünya üzerinde oldukça yaygındır ve insanların çoğu bu plazma halinin farkında olmadan düzenli olarak gözlemlerler. Ateş, ışıklandırma, elek kıvılcımları, florasan lambaları, neon ışıklar, plazma televizyonlar ve yıldızlar plazma halindeki ışıklandırılmış maddelerin örnekleridir. Bir gaz genellikle bir plazmaya iki şekilde dönüştürülür. Bunlar; iki nokta arasındaki voltaj farkı ve son derece yüksek sıcaklığa maruz bırakmak ile gerçekleşir.
Maddeyi yüksek sıcaklıklarda ısıtmak elektronların atomlardan ayrılmasına sebep olur. Böylece serbest elektronlar meydana getirilir. Çok yüksek sıcaklıklarda, örneğin yıldızlarda bulunan, elektronların aslında “serbest” olduğu ve çok yüksek sıcaklıktaki plazmanın bir elektron denizinde yalın bir şekilde yüzdüğü farz edilir.
Gelişmiş ülkelerde “plazma teknolojisi” yaygın olarak kullanılır. Bugün bu teknoloji biyolojide, kağıt endüstrisinde, uzay endüstrisinde, elmas yapımında, yarı iletken teknolojisinde, elektronik çip yapımında, iletişim teknolojisinde, kaplama teknolojisinde, kristal büyültmede, radar ve füzyon araştırmalarında denenmekte yada kullanılmaktadır.
Plazma Halinin Özellikleri Nelerdir?
1- Plazma çok iyi bilinen iletkendir. Bu plazmayı gaz halinden ayıran en önemli özelliğidir. Bütün maddelerin gaz halleri yalıtkan iken plazma hali elektriği çok iyi iletir. Hatta bu iletkenlik katı hallerden daha iyidir çünkü plazma hali tamamen serbest elektronlara sahiptir.
2- Diğer önemli bir özelliği yüksüz gibi olmasıdır. Yani artı ve eksi elektrik yüklü parçacıklar birbirinden bağımsız gibi hareket ederken sistemin bütünüyle yüksüz olmasıdır.
3- Birim hacimdeki partikül yoğunluğu da plazmanın bilinmesi gereken bir özelliğidir. Sıcaklığı yüksek olsa da yoğunluğu düşük bir plazma fazla enerji yaymaz.
4- Plazmanın en önemli özelliklerinden biri de plazmaya magnetik alan veya elektrik alanıyla etki edebilmesidir. Bu da gerek günlük yaşantımızda gerekse gelecekteki enerji sorununun halledilmesinde önemli bir özelliktir. Yani; plazmadaki iyonlar ve elektronlar hareket ettikleri için manyetik alan oluşturabilirler.
5- Tıpkı gaz gibi belirli bir şekli ve hacmi yoktur. Maddenin bu halinde kimyasal tepkimeler gaz halindekine göre daha hızlı gerçekleşir.
6- Manyetik alana maruz bırakıldığında ipliksi ya da katmanlı şekiller oluşturabilir. Örneğin; plazma topunda olduğu gibi.
7- Manyetik alanda hapsedilebilirler. Nükleer füzyon araştırmalarında bilim insanları milyonlarca derece sıcaklıktaki plazmayı manyetik alanları kullanarak kontrol edebiliyor.
Plazma Örnekleri Nelerdir?
Tüm yıldızlar, nebulalar ve yıldızlar arası uzay plazma halindeki maddeden oluşur. En basit haliyle güneş dev bir plazma küresidir. Kibritin alevi, mumun alevi vs. düşük sıcaklıktaki plazma halidir. Yıldırım ve şimşeğin aktığı yol boyunca nötral atom ve moleküller, uyarılmış atom ve moleküller, pozitif iyonlar elektronlar ve fotonlardan oluşan çok sıcak bir gaz çorbası haline gelir. Bu hal plazma halidir. Düşük sıcaklıktaki bu plazma hallerine termik sıkıştırma uygulayarak altın eritecek sıcaklığa bile getirilebilir.
Günlük hayatımızda maddenin dördüncü hali çeşitli şekillerde karşımıza çıkabilir.
- Auroralar – Aurora Borealis (Kuzey Işıkları) ve Aurora Australis (Güney Işıkları)
- Dünya’nın İyonosferi
- Floresan Lambalar
- Güneş Rüzgarları
- Kaynak Makinelerinin Ürettiği Arklar
- Kuryuklu Yıldızların Kuyruğu
- Neon Lambalar
- Nükleer Patlamanın Oluşturduğu Alev Topu
- Şimşek ve Yıldırım
- Tesla Bobini
- Yıldızlar (Elbette Güneş’te Bir Yıldız)
- Yıldızlar Arası Gaz Bulutları