Co to jest plazma i jakie daje możliwości?

Plazma jest czwartym stanem skupienia materii. Drzemie w niej niesamowity potencjał, który został również wykorzystany przez naszą markę Otinus.

Troszkę historii

Większość z nas uczyła się w szkole jedynie o trzech stanach skupienia, a to dlatego, że powszechnie zaczęto mówić o plazmie, w tym kontekście, zupełnie niedawno. Pierwsze badania zostały przeprowadzone w 1928r. przez amerykańskiego fizykochemika, noblistę oraz pioniera badań nad wyładowaniami elektrostatycznymi w gazach – Irvinga Langmuira.

Właściwości fizyczne

Na zmianę stanów skupienia kluczowy wpływ ma energia. Jeśli pozbawimy ciało energii, w rezultacie odległość między atomami zmniejszy się, a ruch cząsteczek uspokoi, aż do całkowitego ich zatrzymania.

Naszą teorie utwierdzają dwa poniższe przykłady z życia codziennego:

Przy niskiej temperaturze woda zamarza, ponieważ oddaje energie w momencie wychładzania.
Woda podgrzewana w naczyniu paruje, ponieważ dostarczamy jej energię.

Tak więc, wyróżniamy cztery stany skupienia:

Ciało stałe – Odległości między cząsteczkami są najmniejsze. Trudno zmienić kształt materii oraz jej objętość. Cząsteczki utrzymują stałe położenie.
Ciecz – Trudno zmienić objętość, a ciało przyjmuje kształt naczynia, w którym się znajduje. Cząsteczki przemieszczają się swobodnie.
Gaz – Ciało przyjmuje kształt i objętość naczynia, w którym się znajduje. Odległość między cząsteczkami jest największa i zaobserwować można ich dużą ruchliwość.
Plazma – Jej stan skupienia przypomina gaz, w którym znaczna część cząsteczek jest naładowana elektrycznie. W zależności od rodzaju plazmy, jej właściwości się zmieniają.

Istnieją trzy typy plazmy

plazma gorąca – o temperaturze pow. 1 mln K – to ona tworzy gwiazdy.
plazma wyładowania pierścieniowego – bardzo trudna w badaniach. Uzyskiwana w wysokich częstotliwościach pola elektromagnetycznego i niskich ciśnieniach.
plazma zimna – zaobserwować ją możemy na ziemi, np. podczas wyładowań elektromagnetycznych lub w urządzeniach zbudowanych przez człowieka, tzw. plazmotronach. Przykładem wykorzystania jej w ludzkiej działalności są nasze wycinarki plazmowe.

Jak stworzyć łuk plazmowy?

Do wytworzenia łuku plazmowego potrzeba nam trzech rzeczy. Pierwszą z nich są elektrody, pomiędzy którymi chcemy stworzyć łuk. Drugą z nich jest wysokie napięcie o różnicy potencjałów nawet 10 kV o wysokiej częstotliwości 2 MHz. Wydawać by się mogło, że do zasilania takiego urządzenia potrzeba wielkiej infrastruktury, ale nie jest to prawda. Do zasilenia układu zdolnego do uzyskania tych parametrów wystarczy 230 V~ zasilania. Ostatnią rzeczą jest obojętny gaz, np. argon, azot lub nawet powietrze, które po ogrzaniu w łuku elektrycznym tworzą strumień plazmy. Tak skonstruowane urządzenie nazywane jest plazmotronem, a cząsteczki plazmy w nim uzyskane mają bardzo dużą gęstość energii cieplnej.

Ciekawostka

Istnieją też inne metody tworzenia łuku plazmowego. Na zdjęciu zobaczyć możemy popularny gadżet, bez którego nie obędzie się żadne centrum nauki. Jest nim kula plazmowa (zwana też lampą plazmową) zaprojektowana pierwotnie przez Nikola Teslę. Dochodzi w niej do widowiskowych wyładowań elektrycznych w środowisku z mieszanki odpowiednich i mocno rozrzedzonych gazów (lub bardzo rozrzedzonego powietrza). W cokole lampy znajduje się wewnętrzny obwód oscylacyjny, który zasila wewnętrzną elektrodę wysokim napięciem o potencjale 10 kV i o dużej częstotliwości rzędu 35 MHz. Kula składa się ze szczelnej szklanej bańki, w której znajduje się gaz oraz owa centralnie umieszczona elektroda. W tak skonstruowanym urządzeniu dochodzi do zjawiska jonizowana gazu pod wpływem rozchodzącego się pola elektrycznego. Efektowne świetlne włókienka to właśnie plazma. Urządzenie to pokazuje, że można ją uzyskać również w polu elektrycznym. Opisany gadżet nie ma żadnego zastosowania, oprócz efektu wizualnego i edukacyjnego.

Plazma – przejdźmy do praktyki.

Wyróżnić możemy dwa rodzaje łuku plazmowego tworzonego w plazmotronach. Pierwszy z nich to wewnętrzny, czyli uzyskiwany między dwoma elektrodami. Drugi natomiast tworzony jest między palnikiem (elektrodą) a obrabianym materiałem, który musi być dobrym przewodnikiem prądu elektrycznego. Ten właśnie rodzaj łuku wykorzystywany jest w wycinarkach plazmowych. Cięcie plazmą przeznaczone jest do obróbki metali takich jak stal, stopy aluminium, stopy miedzi itp. Zaletą plazmy jest to, że można przy jej pomocy obrabiać materiały trudnotopliwe, takie jak stal nierdzewna lub wolfram. Czas cięcia uzależniony jest od grubości obrabianego materiału i może wynosić nawet 10 m/min, a grubość materiału może sięgać nawet 60 mm, w przypadku stali niskowęglowej. Do uzyskania wysokiej jakości krawędzi dodatkowo stosuje się gazy wirujące, które zawężają strumień plazmy. Są to pospolite gazy. Dla stali niskowęglowych używa się tlenu lub powietrza, a dla stali kwasoodpornej używa się azotu lub mieszanki azot + wodór + tlen.

Istnieją ręczne przecinarki plazmowe, które z wyglądu są bardzo podobnie do spawarek. Choć mają szerokie zastosowanie praktyczne. Warto pamiętać, że strumień plazmy jest bardzo dokładny i ludzka ręka nie wykorzysta jego wszystkich możliwości. Tu wkraczają numeryczne wycinarki plazmowe, które mają coraz większe zastosowanie we współczesnym przemyśle. Są bardzo precyzyjne i szybkie. Pozwalają na korzystne zaplanowanie wycinanego arkusza blachy. Dobrze ustawiona obrabiarka pozostawi też wysokiej jakości krawędź, która nie będzie wymagała dodatkowej obróbki. Krótko mówiąc, taka maszyna przyśpiesza znacznie czas pracy oraz poprawia wydajność.

Podsumowując

Plazma to czwarty stan skupienia materii, który powstaje w wyniku podgrzania gazu do bardzo wysokich temperatur, np. przy pomocy łuku elektrycznego. Cząsteczki tego gazu stają się naładowane elektrycznie i mają bardzo dużą gęstość cieplną, którą możemy ukierunkować.

Zainteresowała Cię plazma?

Zapraszamy do zapoznania się z naszą ofertą sprzedażową. Dzięki naszej plazmie dokonasz precyzyjnego cięcia oraz przyśpieszysz proces produkcji. Jedynym ograniczeniem jest wyobraźnia.

W razie nurtujących Cię pytań, napisz do nas maila.

Z chęcią odpowiemy

Czym jest plazma?