プラズマについて

質問

物質の第４相と呼ばれるプラズマについて質問です。

１．雷などの空中放電で発生しているプラズマは全部空気のプラズマですよね。ですが、高温になるとどんな物質でも電子と陽子がばらばらになると聞いたので、鉄なども熱していけばプラズマになったりしますか？

２．プラズマといえば、火の玉のようなイメージなのですが、そうではない状態のプラズマもあるのですか？例えば低温だったり、固体に近い状態です。
プラズマテレビがありますが、あの筐体の中に火の玉が発生しているとは思えませんし。

３．プラズマは物質の状態のひとつだそうですので、気体放電で空気がプラズマになった場合も状態変化と呼ぶのですか？　もし呼ぶとしたら、液体→気体を蒸発というように、状態変化の呼び方はありますか？

付け焼刃の知識なので、トンデモ論が混じっているかもしれませんが、お願いします。

回答No.3

gamma

>１．
大体正解ですが「高温になるとどんな物質でも電子と陽子がバラバラ」ではなく、「原子核に捉えられて原子を作っていた電子が原子核から離れて（これを「電離」と言います）、自由電子と(はだかの）原子核でできたガスになる」のです。原子核（+電荷）から電子（-電荷）を引き離すためにはエネルギーが必要です。普通は熱エネルギーから供給されるので「高温度」が必要になります。温度、密度とプラズマ化する物質（元素）によって電離度（何%の原子が電離したか）が違います。温度を上げるためには放電を使うことが多いです。これをミクロにみると、電場で加速された電子（自然界には種電子の元が漂っています）が原子にぶつかってその周りにある電子をはじきとばし、はじかれた電子と元の電子はそこから再び加速されて次の原子にぶつかって「電子なだれ」を起して大量の自由電子とはだかの原子核を作ります。これがプラズマです。気体のことが多いので「電離気体」ともいいます。
太陽は水素(中心部では主にヘリウム)のプラズマです。鉄もプラズマにできます。放電では鉄だけの高電離プラズマは作るのが難しいです（放射損失という熱の逃げのせいです）が、高強度レーザーを使うと簡単に作れます。
もっと大きなエネルギーを急速に供給すると（加速器を使わないとできませんが）陽子もバラバラにできます。そのときの高エネルギー状態もプラズマです。

>２．
プラズマを「熱プラズマ」と「低温プラズマ」に分類することもあります。違いは原子核（+イオン)の温度=方向がでららめな運動エネルギーの大きさです。つまり、核融合プラズマはイオン温度が高い「熱プラズマ」ですが、プラズマテレビやプロセシングプラズマなどの「低温プラズマ」では電子温度に比べてイオン温度が低い低温プラズマです。これらはどちらも「ガス（気体）」です。低温プラズマでも電子温度は1万度位はありますが、プラズマテレビのパネルの中では、百万個位のプラズマが極微のスケールで瞬間的に点滅しています。
プラズマは、ミクロに見ると正電荷と負電荷を区別できてどちらかまたは両方が自由に動けるけれど、少し大きなスケール（専門用語では、デバイの長さ）で見ると中性に見える状態です。金属内の自由電子と金属原子でもこの条件を満たしていて、「金属プラズマ」といいます。もっと特殊なプラズマは、レーザーで爆縮（多分、水爆の中心も同じ）させて作った高密度プラズマです。これは密度が固体の数百倍（1ccで数百グラム）で温度が数千万度になり太陽の中心とほぼ同じ状態です。
変ったところでは、「単一電荷プラズマ」というのがあります。これは、電子だけまたはイオンだけなので「プラズマは、・・・」の説明とは違うのですが、単一電荷の閉込めに使う電場・磁場の中での電子だけまたはイオンの運動が、数式の上で金属中の電子の動きと同等になるので、プラズマといっています。

>３．プラズマでの「状態変化、相変化」というのは、おたずねのこととは別物です。
強いて言えば「プラズマ化」ですが、電離度が低いところから100%（完全電離）まで連続していますから明確な境目はありません。プラズマ化の簡単な判別法として、（再結合）による光が見えた(測れた)ことを指標にすることが多いです。

回答No.2

sanori

１
はい。そのとおりです。全部合ってます。

２
低温プラズマという術語はあります。
低温プラズマの代表例は、蛍光灯、プラズマテレビ。
ＬＳＩの製造工程のあちこちでプラズマが使われているのも有名ですけど、あれは低温プラズマっていうのかな、べらぼうに高温ではないので低温プラズマと言えそうな気がしますが・・・・・よく知りません。

もう一つ有名なのが、まだ実用化されてないですけど、遠い将来に実現するかもしれない核融合発電ですね。なんつっても、地球上に沢山ある海水をエネルギーに出来るんですから。ただし、核融合装置のプラズマは、低温プラズマでないと思いますけど。

なお、
「固体に近い」という言葉についてですが、イメージ湧きませんが、その類は聞いたこと無いです。

３．
「プラズマ相転移」という術語はあります。しかし、それは、あなたがイメージしているものとは違う言葉のようです。
凝固⇔融解、
凝縮・液化⇔沸騰・気化・蒸発、
それと、昇華っていうのもありますね。
プラズマになったり、戻ったりするのは・・・・・
・・・・・２字熟語みたいなのは聞いたことないっす。
もしかしたら、あるのかも知れないですけど、少なくとも、授業・仕事・その他で使ってた言葉は「プラズマ発生」ぐらいですね。あまりに、そのものズバリで、ちょっとつまんないですか？（笑）

ここを読むのも良いでしょう。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%97%E3%83%A9%E3%82%BA%E3%83%9E

回答No.1

tadys

１：
窒素や酸素のプラズマでしょう。陽子まではばらばらになりません。
原子を構成する原子核と電子から一部（全部）の電子が自由になり（電離）
全体としては電気的に中性の状態になったものです。
水素の場合は、陽子1個と電子1個から出来ているのでプラズマ状態では電子と陽子がばらばらと言えます。
鉄の場合でも十分高温になればプラズマになります。
２：
低温だったり固体だったりではプラズマと言わないでしょう。
けれど火の玉だけがプラズマでは有りません。身近なものでは蛍光灯のなかはプラズマです。（当然、光っているときです。）
プラズマテレビは、小さな蛍光灯を集めたようなものです。
宇宙空間にもプラズマは存在します。太陽コロナもプラズマです。
３：
状態変化と呼ぶかどうかは知りませんが、呼んでいるのを見たことは有りません。
呼ぶとしたらプラズマ化でしょう。