플라즈마(plasma)이란 이온화된 기체가 전도성을 띄게 된 물질을 말한다. 플라스마라고 한다. 예를 들어, 태양은 플라즈마 물질이다. 고체, 액체, 기체, 플라즈마를 물질의 4가지 상태라고 한다. 이 중 플라즈마가 우주 전체 물질의 99%를 차지하고 있다.
개념
전자에 에너지를 가해서 전자의 회전의 반경을 넓히는 것을 여기(勵起)라고 부르며 전자가 튀어나온 것을 전리(電離)라고 한다. 튀어나온 전자를 자유전자라고 하고, 남아있는 전자를 이온이라고 하는데, 전자가 불확정적으로 튀어다니고 이온이 떠다니는 형태를 플라즈마라고 부른다. 이렇게 보면 생성하는 과정이 복잡하지만, 우주 전체를 보면 가장 흔한 물질 중 하나이다. 우주 전체의 99%가 플라즈마 상태로 추정되기 때문이다.
지구에서는 자연 상태에서 플라즈마를 관찰하기 어려운데, 번개와 오로라 정도가 지구상의 플라즈마에 해당한다. 네온사인과 레이저도 플라즈마 상태이다. 우주에는 플라즈마 상태의 물질이 고체, 액체, 기체 상태의 물질에 비해 압도적으로 많다. 예를 들어, 태양은 플라즈마 상태의 물질이다.
역사
- 1879년 윌리엄 크룩스(William Crookes)가 플라즈마를 발견했다.
- 1928년 어빙 랭뮤어(Irving Langmuir)가 진정한 의미의 "플라스마란 자유 하전 입자인 전자, 이온 및 중성 입자로 구성되어 있으며, 전기적으로는 중성인 성질을 갖고 있는 상태"라고 정의했다.
종류
플라즈마는 일반적으로 고온 플라즈마와 저온 플라즈마로 분류한다.
고온 플라즈마
높은 온도(4000~12,000°C)에서 발생하는 플라즈마를 고온 플라즈마라고 한다. 플라즈마 내의 전자, 이온 등이 열적 평형상태이기 때문에 '평형 플라즈마' 또는 '열 플라즈마'라고도 한다.
저온 플라즈마
저온 플라즈마는 두 전극 사이에 전압을 걸어줌으로써 발생하는 플라즈마를 말한다. 전자 혼자만 높은 온도를 갖고 있고 나머지 이온과 중성입자는 낮은 온도를 가지고 있기 때문에 열적 평형 상태가 비평형이기 때문에 '비평형 플라즈마'라고도 한다.
활용
실제 플라즈마는 우리 주위에 활발하게 이용되고 있다. 흔하게 네온사인, 전기 레이저 등 광학적 응용에서부터 아크용접, 방전가공 등 산업적 용도로도 활발히 사용되고 있다. 또한 반도체 분야, 재료 분야, 환경 분야, 우주 분야 등 플라즈마의 응용 분야는 실로 무궁무진하다.
같이 보기
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