宏觀物質在一定的壓力下隨溫度升高由固態(tài)變成液態(tài),再變?yōu)闅鈶B(tài)(有的直接變成氣態(tài))。當溫度繼續(xù)升高,氣態(tài)分子熱運動加劇。當溫度足夠高時,分子中的原子由于獲得了足夠大的動能,便開始彼此分離。分子受熱時分裂成原子狀態(tài)的過程稱為離解。若進一步提高溫度,原子的外層電子會擺脫原子核的束縛成為自由電子。失去電子的原子變成帶電的離子,這個過程稱電離。發(fā)生電離(無論是部分電離還是完全電離)的氣體稱之為等離子體(或等離子態(tài))。等離子體是由帶正、負電荷的粒子組成的氣體。由于正負電荷總數相等,故等離子體的凈電荷等于零。
等離子態(tài)與固、液、氣三態(tài)相比無論在組成上還是在性質上均有本質區(qū)別。首先,氣體通常是不導電的,等離子體則是一種導電流體。其次,組成粒子間的作用力不同。氣體分子間不存在凈的電磁力,而等離子中的帶電粒子間存在庫侖力,并由此導致帶電粒子群的種種特有的集體運動。另外,作為一個帶電粒子系,等離子體的運動行為明顯的受到電磁場的影響和約束。
根據離子溫度與電子溫度是否達到熱平衡,可把等離子體分為平衡等離子體和非平衡等離子體。在平衡等離子體中,各種粒子的溫度幾乎相等。在非平衡等離子體中電子溫度與離子溫度相差很大。
通常把電離度小于0.1%的氣體稱弱電離氣體,也稱低溫等離子體。電離度大于0.1%的稱為強電離等離子體,也稱高溫等離子體。
等離子體在工業(yè)上的應用具有十分廣闊的前景。高溫等離子體的重要應用是受控核聚變。低溫等離子體用于切割、焊接和噴涂以及制造各種新型的電光源與顯示器等。
等離子體在自然界中是普遍存在的。例如,太陽、恒星、銀河系、河外星系中的大部分星際物質都處于等離子體狀態(tài)。地球上南北極有時發(fā)生的五顏六色的極光、夏日雷雨時出現的閃電和絢麗多彩的霓虹燈、日光燈等都與等離子體現象密切有關。