Disclaimer: Seuraava materiaali säilytetään verkossa arkistointitarkoituksessa.

(Tiedostot punaisessa historiassa) Hakemisto 4.Electrons 4H. Thomson, 1896 4a. Sähköinen neste 5. Kenttäviivat 5H. Faraday 1846 5a-1. EM-induktio–1 5a-2. EM-induktio–2 6. EM-aallot 7. Plasma 7a.loistelamppu 7H. Langmuir, 1927 8.Positiiviset ionit 8H. Arrhenius, 1884

Plasmaa kutsutaan joskus ”neljänneksi olomuodoksi”, tutun kolmen – kiinteän, nestemäisen ja kaasun – lisäksi. Se on kaasu, jossa atomit ovat hajonneet vapaasti leijuviksi negatiivisiksi elektroneiksi ja positiivisiksi ioneiksi, eli atomeiksi, jotka ovat menettäneet elektroneja ja joille on jäänyt positiivinen sähkövaraus. Alemmassa ilmakehässä, jossa me elämme, mikä tahansa atomi, joka menettää elektronin (vaikkapa nopean kosmisen säteilyn hiukkasen osuessa siihen), saa sen tai sen kaltaisen atomin pian takaisin. Tilanne on aivan erilainen korkeissa lämpötiloissa, kuten Auringossa. Mitä kuumempi kaasu on, sitä nopeammin sen atomit ja molekyylit liikkuvat, ja hyvin korkeissa lämpötiloissa tällaisten nopeasti liikkuvien atomien väliset törmäykset ovat niin voimakkaita, että ne voivat irrottaa elektroneja. Auringon ilmakehässä suuri osa atomeista milloin tahansa ”ionisoituu” tällaisissa törmäyksissä, ja kaasu toimii plasmana. Toisin kuin viileät kaasut (esim. huoneenlämpöinen ilma), plasmat johtavat sähköä ja magneettikentät vaikuttavat niihin voimakkaasti. Loistelamppu, jota käytetään laajalti kotona ja työpaikoilla, sisältää harvennettua inerttiä kaasua, jossa on prosentin murto-osa elohopeahöyryä, joka tuottaa plasman, kun sitä lämmitetään ja sekoitetaan sähköllä, sähkölinjasta, johon lamppu on kytketty. Virtajohto tekee toisesta päästä sähköisesti positiivisen ja toisesta negatiivisen (ks. piirros alla), jolloin (+) ionit kiihtyvät (-) päähän ja (-) elektronit (+) päähän. Kiihdytetyt hiukkaset saavat energiaa, törmäävät atomeihin, sinkoavat lisää elektroneja ja säilyttävät näin plasman, vaikka jotkut muut hiukkaset yhdistyvät uudelleen. Törmäykset saavat myös elohopea-atomit säteilemään valoa, ja itse asiassa tämä valonlähde on tehokkaampi kuin perinteiset hehkulamput. Neonkyltit ja katuvalot toimivat vastaavalla periaatteella, ja joitakin plasmalaitteita käytetään (tai käytettiin) elektroniikassa.

Kuten todettua, Aurinko koostuu plasmasta. Toinen tärkeä plasma luonnossa on ionosfääri, joka alkaa noin 70-80 km korkeudelta. Siellä lyhyiden aallonpituuksien auringonvalo repii elektroneja irti atomeista ultraviolettisäteestä röntgensäteilyyn: ne eivät yhdisty liian helposti uudelleen, koska ilmakehä harvenee korkealla ja törmäykset ovat harvinaisia. Ionosfäärin alimmassa osassa, 70-90 kilometrin korkeudessa sijaitsevassa ”D-kerroksessa”, törmäyksiä tapahtuu vielä niin paljon, että se häviää auringonlaskun jälkeen. Silloin jäljellä olevat ionit ja elektronit yhdistyvät uudelleen, kun taas auringonvalon puuttuessa uusia ei enää synny. Kyseinen kerros muodostuu kuitenkin uudelleen auringonnousun aikaan. 200 km:n yläpuolella törmäykset ovat niin harvinaisia, että ionosfääri säilyy yötä päivää.

Yläpuolen ionosfääri ulottuu monien tuhansien kilometrien päähän avaruuteen ja yhtyy magnetosfääriin, jonka plasmat ovat yleensä harvinaisempia mutta myös paljon kuumempia. Magnetosfäärin plasman ionit ja elektronit tulevat osittain alla olevasta ionosfääristä, osittain aurinkotuulesta (seuraava kappale), ja monet yksityiskohdat niiden saapumisesta ja lämpenemisestä ovat vielä epäselviä.

Lopuksi on olemassa planeettojen välinen plasma – aurinkotuuli. Auringon uloin kerros, korona, on niin kuuma, että kaikki sen atomit eivät ainoastaan ionisoidu, vaan niistä atomeista, joilla on aluksi ollut paljon elektroneja, revitään useita (joskus kaikki) irti, mukaan lukien syvemmällä olevat elektronit, jotka ovat vahvemmin kiinni. Koronassa on esimerkiksi havaittu ominaista valoa raudasta, joka on menettänyt 13 elektronia.

Tämä äärimmäinen lämpötila estää myös Auringon painovoimaa pitämästä koronan plasmaa vangittuna, ja sen sijaan se virtaa kaikkiin suuntiin täyttäen aurinkokunnan kauas kaukaisimpien tunnettujen planeettojen ulkopuolelle. Aurinkotuulen kautta Aurinko muokkaa Maan kaukana olevaa magneettikenttää, ja tuulen nopea virtaus (~400 km/s) tuottaa energiaa, joka viime kädessä antaa voimaa polaariseen revontuliin, säteilyvöihin ja magneettisiin myrskyilmiöihin.

Lisälukemista:

Plasmafysiikka on vaikea matemaattinen ala, jonka tutkiminen edellyttää sähkömagneettisen teorian perusteellista ymmärtämistä. Joissakin sähköä ja magnetismia käsittelevissä yliopistollisissa teksteissä käsitellään plasmafysiikan näkökohtia, esimerkiksi J.D. Jacksonin teoksen ”Classical Electrodynamics” luvussa 10. Käyttäjien kysymyksiä:
*** Sähkö- ja magneettienergia
*** Miten plasmaa voi hillitä?
*** Voiko plasmafysiikka selittää pallosalaman?
*** Onko tuli plasma?
*** Voiko avaruusplasmasta olla apua avaruusalusten liikkeellepanossa?