플라스마란 무엇일까?

#1 플라스마란?

플라스마는 물리학이나 화학 분야에서 디바이 차폐를 만족하는 이온화된 기체를 말한다. 고체, 액체, 기체에 이어 4번째 상태로 원자핵과 자유전자가 따로따로 떠돌아다니는 상태이다. 자유 전하로 인해 플라스마는 높은 전기전도도를 가지며, 전자기장에 대한 매우 큰 반응성을 갖는다.

 

우주에 존재하는 99%가 플라스마로 이루어져 있다. 물리적으로, 플라스마는 전기전도도를 가지는 전하를 띤 입자들의 집합체로, 외부 전자기장에 집합적으로 반응한다. 플라즈마는 일반적으로 중성 기체와 같은 집합체 또는 이온 빔의 형태를 취하지만, 티끌을 포함하기도 하며 이러한 플라스마를 티끌 플라스마라고도 한다.

 

 

 

플라스마는 윌리엄 크룩스에 의해 1879년에 방전관에서 처음으로 확인되었고, 당시 그는 이것을 발광물질이라고 칭했다. 영국의 물리학자 조지프 존 톰슨은 1987년에 크룩스 관으로 음극선에 대하여 연구 하였고, 1928년 어빙 랭뮤어는 "플라스마"라는 용어를 최초로 다음과 같이 정의하였다.

 

"극소수의 전자가 존재하는 차폐 영역의 전극 근처를 제외하고, 전리된 기체는 대략 같은 수의 전자와 이온을 포함하기 때문에 그 공간 합성 전하는 매우 작다. 플라스마라는 이름은 이온과 전자의 전하량이 균형을 이룬 이러한 영역을 묘사하기 위해 사용 될 수 있다."

---

플라스마에 대한 이해가 쉽게 되셨나요? :-)

이번 포스팅을 쓰면서 플라스마에 역사도 새롭게 알게 되는 것 같아요!

그럼 다음으로 정의를 알아보겠습니다.

 

 

#2 정의 및 성질

모든 이온화된 기체를 플라스마라고 하지는 않는다. 플라스마는 이온화 된 기체 중 집단적인 움직임을 보이는 극성과 비극성 입자들로 이루어진 준중성의 기체를 특별히 부르는 말이다. 준중성이란 용어는 디바이 차폐와 연관되어 있다.

 

여기서 집단적인 움직임이란 외부의 전자기장에 따른 플라스마 내부 입자들이 움직이면서 만드는 국소적인 전자기장에 따른 움직임도 포함한다. 이렇게 국소적으로 만들어진 전자기장은 다른 부분의 입자들에 영향을 미친다.

 

일반적으로 전기장은 역제곱 법칙을 따라 감소한다. 하지만 플라스마의 경우 감소 효과가 작아 비교적 먼 거리까지 전기장이 영향을 미친다. 이런 경우 국소적인 범위 내에서 상호작용뿐만 아니라 먼 거리에서의 상호작용도 일어난다.

위에서 말한 "집단적인 움직임"이란, 플라스마의 운동이 국소적인 상태뿐만 아니라 먼 거리의 상태까지 영향을 받는 운동이다.

 

#3 이론

 플라스마 밀도가 액체와 기체의 중간 상태여서 수학적으로 분석하기 어렵다. 물 같이 밀도가 큰 액체는 유체역학에서 적용되는 방정식을 통해 움직임을 이해할 수 있다. 반대로 밀도가 아주 작은 기체는 단일 입자의 운동으로 간주할 수 있다. 하지만 플라스마는 밀도가 큰 유체의 성질을 가질 때도 있고, 단일 입자와 같은 성질을 가질 때도 있다.

 

 

• 입자의 집학으로서의 플라스마 - 플라스마에 대해 이해하기 위한 첫 단계는 단일 입자가 전자기장에 있을 때 어떻게 운동을 하는지 알아보는 것이다. 플라스마를 입자 하나하나로서 분석함으로써 토카막에 플라스마를 가두는 방법에 대한 이해를 할 수 있다.

• 유체로서의 플라스마 - 플라스마에서 전기장과 자기장은 내부 전하들의 움직임에 의해 결정된다. 따라서 내부 전하들의 움직임에 따라 만들어지는 전기장과 자기장을 계산하고 다시 그로 인해 움직이는 경로를 구해야 플라스마의 움직임을 알 수 있다. 이 과정은 시간이 변함에 따라 이루어지기 때문에 시간도 고려 해야 한다. 이는 일반적인 전하의 움직임을 계산하는 것보다 훨씬 복잡하다.

---

플라스마의 대한 개념정리! 완벽하게 되셨나요?

저도 이번 포스팅을 쓰면서 플라스마에 정의부터 성질까지 더 자세하게 알게 된 계기가 된 것 같습니다 ㅎㅎ

그럼 전 다음에 더 좋은 포스팅으로 올게요!