일반화학 - 플라즈마에 관해서

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일반화학 - 플라즈마에 관해서
일반화학 - 플라즈마에 관해서

목 차

1. 플라즈마란
2. 플라즈마의 생성
3. 주변의 플라즈마 상태
4. 플라즈마의 특징
5. 플라즈마의 사용용도 및 응용

1. 플라즈마란

물질은 잘 알려진 바대로 고체, 액체, 기체 상태로 존재한다. 이는 물질의 물리적인 상태가 에너지가 개입되면 변화한다는 것을 뜻한다. 예를 들어 고체에 열을 가하면 고체는 녹아서 액체가 되고 열을 더 가하게 되면 액체는 증발하여 기체가 된다. 그리고 기체에 계속해서 열을 가하게 되면 기체는 일반적으로 플라즈마가 된다. 플라즈마라는 말을 물리학 용어로 처음 사용한 사람은 미국의 물리학자인 Langmuir (랑뮈어)로서, 기체 등 절연체(絶緣體)가 강한 전기장 하에서 절연성을 상실하고 전류가 그 속을 흐르는 현상을 방전이라 한다. 특히 절연체가 기체인 경우를 기체방전이라고 하며, 이 방전과정을 통해 생성 된 전자, 이온, 중성입자들의 혼합체를 플라즈마라 지칭한다. 아래 그림과 같이 온도를 차차 올려 줌에 따라서 물질 상태는 고체에서 액체로, 또 액체에서 기체로 변한다. 이 기체에 계속 열을 가하여 수천도(°C)가 되면 기체분자는 원자로 해리되고 또다시 전자와 양전하를 가진 이온으로 전리된다.
이와 같이 고온에서 전자와 이온으로 분리된 기체로서 그 전리도가 남은 중성원자에 비해 상당히 높으면서도 전체적으로는 음과 양의 전하수가 거의 같아서 중성을 띠고 있는 기체를 플라즈마라 부른다.
이렇게 이루어진 전리기체 플라즈마는 흔한 중성 기체와는 그 전기적 성격으로 인하여 근본적으로 다르며 이 까닭에 플라즈마를 제 4의 물질 상태 라고 부른다.

플라즈마의 발생은 아래의 그림과 같이 전자가 전기장으로부터 에너지를 얻는 전자가열 과정과 중성입자의 전자를 떼어내는 이온화 과정을 통해 발생하고, 자유 전자가 많으므로 좋은 도체로 볼 수 있다. 기본적으로 도체, 금속과 다른 점은 이온도 움직인다.
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