物质基本相的基本三态变化:
(一)固体物质:其分子间的距离很小,相互吸引的牢牢的,所以固体物质都有一定的形状和体积。
(二)液体物质:分子与分子之间的距离比较大,分子相互间的结合就没有那麼紧密,所以液体经常会流动。
(三)气体物质:分子与分子之间的距离最大,一般来说其所受的凡德瓦力也较前两态为小。气体通常都是没有一定的形状和体积。
物质基本相的变化,除了上述一般人所熟悉古典物理中的三态:固态、液态和气态,目前在物理化学上还知道有以下两种状态:
(四)等离子态 ( plasma )
等离子态 ( plasma )又称为电浆,在离地球数百公里的电离层的电离气体就是等离子态,其对由地球所发出的信号电磁波的频率有很大的影响,有些较高频率的电磁波就容易穿透,另有些较低频率(频率较10MHZ低)的电磁波则较易全反射,就是有这一层电离层、所以频率频率较低的电磁波容易在地球上传播,这是等离子态对电磁波差异的特性。
等离子态是电中性的,和气态的气体有些相类似,但等离子态是利用燃烧、放电或电磁场造成的高温电离而达到的,通常是等温的也就是达到热平衡、而且是数千度至一万度的高温的物体状态。等离子态的特性就是电离气体的正离子、负离子(常常是电子)所造成的,是和其他三态是不同的。
等离子态也有用来发电的,如磁流体发电机,把电离气体送往磁场,则正离子和负离子则产生偏移,而来到正负电极,就产生高电压的直流电,是效率很高的机械。虽然产生等离子态物体、也会产生大量的N2O会污染环境,而且受到电极穿透强度和最大容许电压的限制,目前发电机的输出有限,但确是很有潜力的能源。
在核熔合的磁聚变装置中,利用磁瓶的磁场来约束氢同位素的等离子态物体,等离子态则达数千万度的超高温,维持秒钟的时间,让氢同位素达成核熔合,也是很有潜力的能源。
等离子态也有是不等温的也就是没达到热平衡,例如辉光放电下,只有部分物质电离,其负离子中的电子受到数个ev的动能,电子温度则达数万度。而其他离子也是受到数个ev的动能,温度则达数十度,可以说是凉的等离子态。
不等温的等离子态又如用微波放电把适当比例的CH4和H2气体分子激发成等离子态,便可在低於1/10个大气压,800至900度的温度下来合成人工钻石薄膜。
(五)玻色-爱因斯坦凝结态 ( Bose-Einstein Condensation ):
此态是一个量子力学的相变,在1995年柯尼尔( E. Cornell )及魏曼( C. Wieman ) 首次利用雷射光冷却技术,为了避免在凝结态之前形成分子,所以原子需要降温,减少原子动能以降低发生有效碰撞的机会。而在极低温下、观察到玻色-爱因斯坦 凝结态,是个很特殊的状态。先前只有光子是处於玻色-爱因斯坦 凝结态,现在有铷、锂、钠等碱金属原子都可处於玻色-爱因斯坦 凝结态,因为是新开发的状态,所以在应用上还有待科学界的持续阐发。
(一)固体物质:其分子间的距离很小,相互吸引的牢牢的,所以固体物质都有一定的形状和体积。
(二)液体物质:分子与分子之间的距离比较大,分子相互间的结合就没有那麼紧密,所以液体经常会流动。
(三)气体物质:分子与分子之间的距离最大,一般来说其所受的凡德瓦力也较前两态为小。气体通常都是没有一定的形状和体积。
物质基本相的变化,除了上述一般人所熟悉古典物理中的三态:固态、液态和气态,目前在物理化学上还知道有以下两种状态:
(四)等离子态 ( plasma )
等离子态 ( plasma )又称为电浆,在离地球数百公里的电离层的电离气体就是等离子态,其对由地球所发出的信号电磁波的频率有很大的影响,有些较高频率的电磁波就容易穿透,另有些较低频率(频率较10MHZ低)的电磁波则较易全反射,就是有这一层电离层、所以频率频率较低的电磁波容易在地球上传播,这是等离子态对电磁波差异的特性。
等离子态是电中性的,和气态的气体有些相类似,但等离子态是利用燃烧、放电或电磁场造成的高温电离而达到的,通常是等温的也就是达到热平衡、而且是数千度至一万度的高温的物体状态。等离子态的特性就是电离气体的正离子、负离子(常常是电子)所造成的,是和其他三态是不同的。
等离子态也有用来发电的,如磁流体发电机,把电离气体送往磁场,则正离子和负离子则产生偏移,而来到正负电极,就产生高电压的直流电,是效率很高的机械。虽然产生等离子态物体、也会产生大量的N2O会污染环境,而且受到电极穿透强度和最大容许电压的限制,目前发电机的输出有限,但确是很有潜力的能源。
在核熔合的磁聚变装置中,利用磁瓶的磁场来约束氢同位素的等离子态物体,等离子态则达数千万度的超高温,维持秒钟的时间,让氢同位素达成核熔合,也是很有潜力的能源。
等离子态也有是不等温的也就是没达到热平衡,例如辉光放电下,只有部分物质电离,其负离子中的电子受到数个ev的动能,电子温度则达数万度。而其他离子也是受到数个ev的动能,温度则达数十度,可以说是凉的等离子态。
不等温的等离子态又如用微波放电把适当比例的CH4和H2气体分子激发成等离子态,便可在低於1/10个大气压,800至900度的温度下来合成人工钻石薄膜。
(五)玻色-爱因斯坦凝结态 ( Bose-Einstein Condensation ):
此态是一个量子力学的相变,在1995年柯尼尔( E. Cornell )及魏曼( C. Wieman ) 首次利用雷射光冷却技术,为了避免在凝结态之前形成分子,所以原子需要降温,减少原子动能以降低发生有效碰撞的机会。而在极低温下、观察到玻色-爱因斯坦 凝结态,是个很特殊的状态。先前只有光子是处於玻色-爱因斯坦 凝结态,现在有铷、锂、钠等碱金属原子都可处於玻色-爱因斯坦 凝结态,因为是新开发的状态,所以在应用上还有待科学界的持续阐发。
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Plasma是一种电离的状态,由於存在电离出来的自由电子和带电离子,等离子态具有很高的电导率,与电磁场存在极强的耦合作用。这样的状态——电浆态在宇宙中广泛存在,常被看作物质的第四态(有人也称之为「超气态」)。等离子态由克鲁克斯在1879年发现,「Plasma」这个词,由朗廖尔在1928年最早采用。
在茫茫无际的宇宙空间里,等离子态是一种普遍存在的状态。宇宙中大部分发光的星球内部温度和压力都很高,这些星球内部的物质差不多都处于等离子态。只有那些昏暗的行星和分散的星际物质里才可以找到固态、液态和气态的物质。
就在我们周围,也经常看到等离子态的物质。在日光灯和霓虹灯的灯管里,在眩目的白炽电弧里,都能找到它的踪迹。另外,在地球周围的电离层里,在美丽的极光、大气中的闪光放电和流星的尾巴里,也能找到奇妙的等离子态。
除了等离子态外,科学家还发现了“超固态”和“中子态”。宇宙中存在一颗白矮星,它的密度很大,大约是水的3600万到几亿倍。一立方厘米白矮星上的物质就有100~200公斤重,这是怎么回事呢?
原来,普通物质内部的原子与原子之间有很大的空隙,但是在白矮星里面,压力和温度都很大,在几百万个大气压的压力下,不但原子之间的空隙被压缩了,就是原子外围的电子层也被压缩了。所有的原子核和原子都紧紧地挤在一起,物质里面不再有什么空隙,因此物质就特别重,这样的物质就是超固态。科学家推测,不但白矮星内部充满了超固态物质,在地球中心一定也存在着超固态物质。
假如在超固态物质上再加上巨大的压力,原子核只好被迫解散,从里面放出质子和中子。放出的质子在极大的压力下会跟电子结合成中子。这样一来,物质的结构就发生了根本性的改变,原来是原子核和电子,现在都变成了中子。这样的状态就叫做“中子态”。
中子态物质的密度大得更是吓人,它比超固态物质还要大10多万倍。一个火柴盒那么大的中子态物质,就有30亿吨重,要用96000台重型火车头才能拉动它。
摘自洪恩在线
就在我们周围,也经常看到等离子态的物质。在日光灯和霓虹灯的灯管里,在眩目的白炽电弧里,都能找到它的踪迹。另外,在地球周围的电离层里,在美丽的极光、大气中的闪光放电和流星的尾巴里,也能找到奇妙的等离子态。
除了等离子态外,科学家还发现了“超固态”和“中子态”。宇宙中存在一颗白矮星,它的密度很大,大约是水的3600万到几亿倍。一立方厘米白矮星上的物质就有100~200公斤重,这是怎么回事呢?
原来,普通物质内部的原子与原子之间有很大的空隙,但是在白矮星里面,压力和温度都很大,在几百万个大气压的压力下,不但原子之间的空隙被压缩了,就是原子外围的电子层也被压缩了。所有的原子核和原子都紧紧地挤在一起,物质里面不再有什么空隙,因此物质就特别重,这样的物质就是超固态。科学家推测,不但白矮星内部充满了超固态物质,在地球中心一定也存在着超固态物质。
假如在超固态物质上再加上巨大的压力,原子核只好被迫解散,从里面放出质子和中子。放出的质子在极大的压力下会跟电子结合成中子。这样一来,物质的结构就发生了根本性的改变,原来是原子核和电子,现在都变成了中子。这样的状态就叫做“中子态”。
中子态物质的密度大得更是吓人,它比超固态物质还要大10多万倍。一个火柴盒那么大的中子态物质,就有30亿吨重,要用96000台重型火车头才能拉动它。
摘自洪恩在线
今年6月位於美国布鲁克海文实验室的相对论性重离子对撞机(Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC)有一研究结果显示,因为魅夸克喷流(charm quark jet)的量比预期的要少,所以被认为是发现了夸克胶子电浆态(Quark Gluon Plasma, QGP)的重要证据。
自然界中所有的强子都是由夸克组成的。两个夸克可以形成介子(meson),而三个夸克可以形成重子(baryon)。最常见的重子就是质子跟中子。在质子跟中子中的三个夸克因为渐进自由的缘故所以被局限在一起。当能量极高的时候,可以将质子跟中子里的夸克距离压缩到极小,这时,夸克跟传递强作用力的胶子之间的作用力会趋近於零,而可以自由移动,就像等离子态一样,所以被称为夸克胶子电浆态(QGP)。
RHIC将两个金原子核加速然後对撞,以产生高达15GeV/fm^3的能量密度(一般原子的密度大约是1GeV/fm^3)。在这个状况下,夸克跟胶子不再被束缚,而可以自由移动,但却不完全类似电浆般的没有相互作用,而是存在有相互作用,而反而比较接近液体。
美国Stony Brook University的Barbara Jacak教授在美国物理学会四月份的会议中指出,在RHIC中有足够的证据显示的确发现了QGP。在金原子碰撞中,因为强大的能量所以可以产生出较重的夸克对喷流(quark jet),例如魅夸克。因为魅夸克的质量较大,理论上可以直接穿透QGP而被观测到。但是根据最新的实验结果,魅夸克喷流的数量比预期来的少,有抑制(surpression)的现象。她认为,这是因为在QGP中存在许多的自由夸克,例如上、下、及奇夸克,因此一个魅夸克很在QGP中找到另一个反魅夸克来形成魅夸克对而喷射出去。因此变造成了魅夸克的数量被抑制。
对QGP的研究目前逐渐起步,而研究QGP不但可以增加我们对量子色动力学的认识,更可以协助我们增加对早期宇宙的了解。
自然界中所有的强子都是由夸克组成的。两个夸克可以形成介子(meson),而三个夸克可以形成重子(baryon)。最常见的重子就是质子跟中子。在质子跟中子中的三个夸克因为渐进自由的缘故所以被局限在一起。当能量极高的时候,可以将质子跟中子里的夸克距离压缩到极小,这时,夸克跟传递强作用力的胶子之间的作用力会趋近於零,而可以自由移动,就像等离子态一样,所以被称为夸克胶子电浆态(QGP)。
RHIC将两个金原子核加速然後对撞,以产生高达15GeV/fm^3的能量密度(一般原子的密度大约是1GeV/fm^3)。在这个状况下,夸克跟胶子不再被束缚,而可以自由移动,但却不完全类似电浆般的没有相互作用,而是存在有相互作用,而反而比较接近液体。
美国Stony Brook University的Barbara Jacak教授在美国物理学会四月份的会议中指出,在RHIC中有足够的证据显示的确发现了QGP。在金原子碰撞中,因为强大的能量所以可以产生出较重的夸克对喷流(quark jet),例如魅夸克。因为魅夸克的质量较大,理论上可以直接穿透QGP而被观测到。但是根据最新的实验结果,魅夸克喷流的数量比预期来的少,有抑制(surpression)的现象。她认为,这是因为在QGP中存在许多的自由夸克,例如上、下、及奇夸克,因此一个魅夸克很在QGP中找到另一个反魅夸克来形成魅夸克对而喷射出去。因此变造成了魅夸克的数量被抑制。
对QGP的研究目前逐渐起步,而研究QGP不但可以增加我们对量子色动力学的认识,更可以协助我们增加对早期宇宙的了解。
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