Плазма – четвертое состояние вещества

   Внутреннее  строение Солнца слоистое, или оболочечное, оно состоит из ряда сфер, или  областей. В центре находится ядро, затем область лучевого переноса энергии, далее конвективная зона и, наконец, атмосфера. К ней ряд  исследователей относят три внешние  области: фотосферу, хромосферу и корону. Правда, другие астрономы к солнечной  атмосфере относят только хромосферу и корону. Остановимся кратко на особенностях названных сфер.

   Ядро - центральная часть Солнца со сверхвысоким давлением и температурой, обеспечивающими  течение ядерных реакций. Они  выделяют огромное количество электромагнитной энергии в предельно коротких диапазонах волн.

   Область лучистого переноса энергии - находится  над ядром. Она образована практически  неподвижным и невидимым сверхвысокотемпературным газом. Передача через нее энергии, генерируемой в ядре, к внешним  сферам Солнца осуществляется лучевым  способом, без перемещения газа. Этот процесс надо представлять себе примерно так. Из ядра в область лучевого переноса энергия поступает в  предельно коротковолновых диапазонах - гамма излучения, а уходит в более  длинноволновом рентгеновском, что  связано с понижением температуры  газа к периферической зоне.

   Конвективная  область - располагается над предыдущей. Она образована также невидимым  раскаленным газом, находящимся  в состоянии конвективного перемешивания. Перемешивание обусловлено положением области между двумя средами, резко различающимися по господствующим в них давлению и температуре. Перенос тепла из солнечных недр к поверхности происходит в результате локальных поднятий сильно нагретых масс воздуха, находящихся под высоким  давлением, к периферии светила, где температура газа меньше и  где начинается световой диапазон излучения  Солнца. Толщина конвективной области  оценивается приблизительно в 1/10 часть  солнечного радиуса.

   Фотосфера - это нижний из трех слоев атмосферы  Солнца, расположенный непосредственно  на плотной массе невидимого газа конвективной области. Фотосфера образована раскаленным ионизированным газом, температура которого у основания близка к 10000 К (т. е. абсолютная температура), а у верхней границы, расположенной примерно в 300 км выше, порядка 5000 К. Средняя температура фотосферы принимается в 5700 К. При такой температуре раскаленный газ излучает электромагнитную энергию преимущественно в оптическом диапазоне волн. Именно этот нижний слой атмосферы, видимый как желтовато-яркий диск, зрительно воспринимается нами как Солнце.

   Через прозрачный воздух фотосферы в телескоп отчетливо просматривается ее основание - контакт с массой непрозрачного  воздуха конвективной области. Поверхность  раздела имеет зернистую структуру, называемую грануляцией . Зерна, или  гранулы, имеют поперечники от 700 до 2000 км. Положение, конфигурация и  размеры гранул меняются. Наблюдения показали, что каждая гранула в  отдельности выражена лишь какое-то короткое время (около 5-10 мин.), а затем  исчезает, заменяясь новой гранулой. На поверхности Солнца гранулы не остаются неподвижными, а совершают  нерегулярные движения со скоростью  примерно 2 км/сек. В совокупности светлые  зерна (гранулы) занимают до 40% поверхности  солнечного диска.

   Процесс грануляции представляется как наличие  в самом нижнем слое фотосферы  непрозрачного газа конвективной области - сложной системы вертикальных круговоротов. Светлая ячея - это поступающая  из глубины порция более разогретого  газа по сравнению с уже охлажденной  на поверхности, а потому и менее  яркой, компенсационно погружающейся  вниз. Яркость гранул на 10-20% больше окружающего фона указывает на различие их температур в 200-300° С.

   Образно грануляцию на поверхности Солнца можно  сравнить с кипением густой жидкости типа расплавленного гудрона, когда  со светлыми восходящими струями  появляются пузырьки воздуха, а более  темные и плоские участки характеризуют  погружающиеся порции жидкости.

   Исследования  механизма передачи энергии в  газовом шаре Солнца от центральной  области к поверхности и ее излучение в космическое пространство показали, что она переносится  лучами. Даже в конвективной зоне, где  передача энергии осуществляется движением  газов, большая часть энергии  переносится излучением.

   Таким образом, поверхность Солнца, излучающая энергию в космическое пространство в световом диапазоне спектра  электромагнитных волн, - это разреженный  слой газов фотосферы и просматривающаяся  сквозь нее гранулированная верхняя  поверхность слоя непрозрачного газа конвективной области. В целом зернистая структура, или грануляция, признается свойственной фотосфере - нижнему слою солнечной атмосферы.

   Хромосфера. При полном солнечном затмении у  самого края затемненного диска Солнца видно розовое сияние - это хромосфера. Она не имеет резких границ, а  представляет собой сочетание множества  ярких выступов или языков пламени, находящихся в непрерывном движении. Хромосферу сравнивают иногда с горящей  степью. Языки хромосферы называют спикулами. Они имеют в поперечнике  от 200 до 2000 км (иногда до 10000) и достигают  в высоту нескольких тысяч километров. Их надо представлять себе как вырывающиеся из Солнца потоки плазмы (раскаленного ионизированного газа).

   Установлено, что переход от фотосферы к  хромосфере сопровождается скачкообразным повышением температуры от 5700 К до 8000 - 10000 К. К верхней же границе  хромосферы, находящейся приблизительно на высоте 14000 км от поверхности солнца, температура повышается до 15000 - 20000 К. Плотность вещества на таких высотах  составляет всего 10-12 г/см3, т. е. в сотни  и даже тысячи раз меньше, чем  плотность нижних слоев хромосферы.

   Солнечная корона - внешняя атмосфера Солнца. Некоторые астрономы называют ее атмосферой Солнца. Она образована наиболее разреженным ионизированным газом. Простирается примерно на расстояние 5 диаметров Солнца, имеет лучистое строение, слабо светится. Ее можно  наблюдать только во время полного  солнечного затмения . Яркость короны примерно такая же, как у Луны в полнолуние, что составляет лишь около 5/1000000 долей яркости Солнца. Корональные газы в высокой степени  ионизированы, что определяет их температуру  примерно в 1 млн. градусов. Внешние  слои короны излучают в космическое  пространство корональный газ - солнечный  ветер. Это второй энергетический (после  лучистого электромагнитного) поток  Солнца, получаемый планетами. Скорость удаления коронального газа от Солнца возрастает от нескольких километров в секунду у короны до 450 км/сек  на уровне орбиты Земли, что связано  с уменьшением силы притяжения Солнца при увеличении расстояния. Постепенно разреживаясь по мере удаления от Солнца, корональный газ заполняет все  межпланетное пространство. Он воздействует на тела Солнечной системы как  непосредственно, так и через  магнитное поле, которое несет  с собой. Оно взаимодействует  с магнитными полями планет. Именно корональный газ (солнечный ветер) является основной причиной полярных сияний на Земле и активности других процессов магнитосферы.

Строение  Солнца 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Заключение

     В своей курсовой я рассмотрела  лишь основную часть информации о  плазме: что такое плазма, поведение плазмы в электрических и магнитных полях, проблему удержания высокотемпературной плазмы, устойчивость плазмы и самую малую часть вопроса «Плазма во вселенной». Ни одна из работ будь то курсовая, статья или другой исследовательский труд, не сможет охватить того количества информации известной сейчас о плазме. Заканчивая курсовую, посвященную плазме нельзя не сказать о достижениях и перспективах применения плазмы, связанных с ее изучением.

     На  данный момент плазма находит широкое применение в  самых  разных  областях  науки  и техники: высокотемпературная плазма из дейтерия и трития,  а  также  изотопа гелия - основной объект исследований по управляемому термоядерному  синтезу. Низкотемпературная плазма  применяется  в  газоразрядных  источниках  света, газовых лазерах и плазменных дисплеях, в  термоэмиссионных  преобразователях тепловой энергии в электрическую и в магнитогидродинамических генераторах. Если «обратить» магнитогидродинамический генератор, то образуется  плазменный  двигатель, весьма  перспективный  для  длительных  космических  полетов.   Плазмотроны, создающие струи плотной низкотемпературной плазмы, применяются  в  различных областях техники. В частности, с  их  помощью  режут  и  сваривают  металлы, наносят покрытия. В плазмохимии  низкотемпературную  плазму  используют  для получения некоторых  химических  соединений,  которые  не  удается  получить другим путем. Кроме того, высокая температура  плазмы  обеспечивает  высокую скорость протекания химических реакций. Плазма твердого тела  -  это  особая глава в развитии и широчайшем применении физики плазмы.   
 

   4.Список используемой литературы

   1. Милантьев В.П., Темко С.В. «Физика плазмы». М., Просвещение, 1983.

   2. Голант В.Е., Жилинский А.П., Сахаров И.Е. Основы физики плазмы. М.: Атомиздат, 1977

   3. Котельников И.А., Ступаков Г.В. Лекции по физике плазмы. Нсб.: НГУ, 1996

   4. Кролл Н., Трайвелпис А. Основы физики плазмы. М.: Мир, 1975

   5. Кузнецов Э.И., Щеглов Д.А. Методы диагностики высокотемпературной плазмы. М.: Атомиздат, 1974

   6. Леонтович М.А. (ред.) Физика плазмы и проблема управляемых термоядерных реакций. Том 1. М.: Изд-во АН СССР, 1958