Plasma và Ứng Dụng Của Plasma Trong Công Nghiệp

Các vật chất trên trái đất không chỉ tồn tại dưới 3 dạng là rắn, lỏng, khí mà còn có dạng thứ tư nữa là plasma. Hiện chúng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, trong đó có cả hàn cắt kim loại – giúp hàn cắt nhanh nhiều vật liệu với độ dày khác nhau.

Để hiểu rõ hơn về trạng thái vật chất này, hãy cùng Vegatec theo dõi bài viết Plasma Là Gì? Tính Chất Và Những Yếu Tố Ảnh Hưởng Plasma Trong Tự Nhiên dưới đây nhé. 

1. Plasma Là Gì?

Nếu sự ion hóa được xảy ra bởi việc nhận năng lượng từ các dòng vật chất bên ngoài, như từ các bức xạ điện từ thì plasma còn gọi là plasma nguội. Thí dụ như đối với hiện tượng phóng điện trong chất khí, các electron bắn từ catod ra làm ion hóa một số phân tử trung hòa.

Các electron mới bị tách ra chuyển động nhanh trong điện trường và tiếp tục làm ion hóa các phân tử khác. Do hiện tượng ion hóa mang tính dây chuyền này, số đông các phân tử trong chất khí bị ion hóa, và chất khí chuyển sang trạng thái plasma. Trong thành phần cấu tạo loại plasma này có các ion dương, ion âm, electron và các phân tử trung hòa..

Nếu sự ion hóa xảy ra do va chạm nhiệt giữa các phân tử hay nguyên tử ở nhiệt độ cao thì plasma còn gọi là plasma nóng. Khi nhiệt độ tăng dần, các electron bị tách ra khỏi nguyên tử, và nếu nhiệt độ khá lớn, toàn bộ các nguyên tử bị ion hóa. Ở nhiệt độ rất cao, các nguyên tử bị ion hóa tột độ, chỉ còn các hạt nhân và các electron đã tách rời khỏi các hạt nhân.

Các hiện tượng xảy ra trong plasma chuyển động là rất phức tạp. Để đơn giản hóa, trong nghiên cứu plasma, người ta thường chỉ giới hạn trong việc xét các khối plasma tĩnh, tức là các khối plasma có điện tích chuyển động nhưng toàn khối vẫn đứng yên. Con người áp dụng nguyên lý này sáng tạo và mở ra một kỷ nguyên công nghệ mới, đó chính là công nghệ plasma hiện nay được áp dụng cho rất nhiều các ngành công nghiệp khác nhau.

>>> Bài viết xem nhiều: Ứng Dụng Của Máy Cắt Plasma Trong Công Nghiệp

2. Tính Chất Của Plasma

Tính chất khí plasma và khí ion trong plasma không giống các trạng thái khác. Sự chuyển đổi giữa chúng dựa trên nhiệt độ và mật độ môi trường plasma, tạo thành các dạng ion hóa 1 phần hay toàn phần.

Ví dụ:

• Plasma: tầng điện ly của trái đất.
• Plasma bị ion hóa một phần: dấu hiệu neon hoặc sét.
• Plasma bị ion hóa toàn phần: lõi của mặt trời.

Có thể nói, plasma là một môi trường trung tính (điện tích tổng thể gần như bằng 0) với các điện tích dương và âm không liên kết, không tự do trọng lực. Khi các hạt điện tích này chuyển động sẽ tạo ra từ trường. Dù là chuyển động nhỏ hay lớn của các plasma tích điện thì đều ảnh hưởng và chịu ảnh hưởng bởi những trường điện tích xung quanh.

Điện tích dương trong ion hình thành khi loại bỏ electron xung quanh hạt nhân nguyên tử. Những electron này đều có liên quan đến mật độ cục bộ hay nhiệt độ tăng của vật chất bị ion hóa. Đi kèm với quá trình loại bỏ electron đó là sự phân li của các liên kết trong phân tử.

3. Yếu Tố Xác Định Plasma

• Plasma xấp xỉ

Yếu tố này được áp dụng để xác định plasma trong trường hợp tham số của plasma đại diện cho số lượng hạt mang điện trong quả cầu Debye. Plasma xấp xỉ phải đủ cao để tránh ảnh hưởng tĩnh điện từ các hạt bên ngoài quả cầu. Đồng thời phải có bán kính bằng chiều dài sàng lọc Debye bao quanh hạt tích điện đã cho.

• Tương tác hàng loạt

So với kích thước vật lý của plasma thì thời lượng sàng lọc Debye ngắn hơn nhiều. Điều này có nghĩa là sự tương tác trong phân tử của plasma quan trọng hơn so với tương tác ở các cạnh (nơi hiệu ứng biên có thể diễn ra). Khi đạt được tiêu chí này, plasma gần như là trung lập.

• Tần số

Tần số va chạm trung hòa được sinh ra từ dao động của electron trong plasma nhỏ hơn so với tần số plasma điện tử. Các tương tác tĩnh điện trong plasma sẽ chiếm ưu thế trong quá trình động học khí thông thường (ở điều kiện hợp lệ).

>>> Bài viết nên xem: Video ứng dụng Plasma trong đời sống ngày nay.

4. Ảnh Hưởng Của Nhiệt Độ Đến Plasma Trong Tự Nhiên

Nhiệt độ của plasma thường được đo bằng Electron Volts hoặc Kelvin. Nhiệt độ cao sẽ thúc đẩy quá trình ion hóa, tạo thành các nguyên tử plasma. Trong khi đó nếu ở nhiệt độ thấp thì plasma có thể biến thành chất khí. Bởi các electron và ion có xu hướng kết hợp, tạo thành các trạng thái bị ràng buộc.

Ion Hóa Một Phần Và Ion Hóa Toàn Phần

Nhiệt độ cao là yếu tố quan trọng giúp duy trì sự ion hóa, hình thành plasma trong tự nhiên. Mức độ ion hóa của plasma là tỷ lệ electron thu được hoặc tỷ lệ các nguyên tử mất đi. Nó được xác định dựa trên nhiệt độ của các electron và tần số va chạm giữa electron – ion với tần số va chạm trung tính electron.

• Ion hóa toàn phần diễn ra khi plasma ở chế độ thống trị va chạm Coulomb: tức là tần số va chạm giữa electron – ion lớn hơn tần số va chạm trung tính electron.
• Ion hóa một phần (khí yếu): plasma không chịu sự chi phối bởi va chạm Coulomb. Tần số va chạm giữa electron – ion nhỏ hơn tần số va chạm trung tính electron.
• Các plasma công nghệ hầu như là plasma ion hóa một phần.

Plasma Nhiệt Và Plasma Không Nhiệt (Plasma lạnh)

Dựa trên nhiệt độ trung tính của ion, electron và nguyên tử trung tính mà plasma được phân chia thành hai loại: plasma nhiệt và không nhiệt (hay còn gọi là plasma lạnh).

• Plasma nhiệt: nhiệt của electron, ion hay nguyên tử trung tính ở trạng thái cân bằng.
• Plasma không nhiệt (plasma lạnh): sự kết hợp của ion, electron, nguyên tử trung tính… cấu thành plasma không sinh ra nhiệt, chỉ tồn tại ở ngưỡng nhiệt độ phòng thông thường.
• Với các plasma không phải là khí bị ion hóa cân bằng sẽ có 2 ngưỡng nhiệt độ:

+ Một loại plasma có: ion, nguyên tử trung tính mang nhiệt độ thấp – bằng với nhiệt độ phòng, còn electron sẽ có nhiệt cao hơn nhiều.

+ Một loại plasma không phổ biến khác là khí hơi thủy ngân ở đèn huỳnh quang: khí điện tử có nhiệt độ đạt đến 10.000 Kelvins. Các hạt, nguyên tử, phân tử còn lại của khí chỉ trên nhiệt độ phòng. Bởi vậy ta có thể chạm tay vào bóng đèn (khi nó sáng) mà không bị bỏng.

• Một trường hợp đặc biệt nữa là plasma không nghịch đảo: nhiệt của ion cao hơn nhiều so với nhiệt điện tử.

Bài viết trên đã chia sẻ về Plasma là gì? Tính chất và những yếu tố ảnh hưởng plasma trong tự nhiên. Hy vọng những thông tin này sẽ hữu ích với bạn đọc. Cùng theo dõi Vegatec để biết thêm nhiều kiến thức hay nhé. 

Công Ty Cổ Phần Công Nghệ Và Thiết Bị Công Nghiệp VÊ GA Chuyên Phân Phối Máy Cắt Plasma Độc Quyền Của Một Số Nhãn Hiệu Hàng Đầu Thế Giới

Nguồn: https://vegatec.com.vn/plasma-la-gi-10/