等离子体
等离子体（又称电浆）是在固态、液态和气态以外的第四大物质状态1，其特性与前三者截然不同。
气体在高温或强电磁场下，会变为等离子体。在这种状态下，气体中的原子会拥有比正常更多或更少的电子，从而形成阴离子或阳离子，即带负电荷或正电荷的粒子。气体中的任何共价键也会分离。
由于等离子体含有许多载流子，因此它能够导电，对电磁场也有很强的反应。和气体一样，等离子体的形状和体积并非固定，而是会根据容器而改变；但和气体不一样的是，在磁场的作用下，它会形成各种结构，例如丝状物、圆柱状物和双层等。
等离子体是宇宙重子物质最常见的形态，其中大部分存在于稀薄的星系际空间（特别是星系团内介质）和恒星之中。
基本信息
- 中文名
等离子体
- 别名
电浆
- 外文名
Plasma2
- 学科
电气工程
基本定义
定义
等离子体是由未结合离子所组成的电中性物质，其中阴离子和阳离子的总电荷约等于零。虽然这些离子不相互结合，但这并不意味着它们不受到力的影响：等离子体中的每颗带电粒子都受到其他粒子移动时产生的电磁场的影响。等离子体的定义有三个重要部分：
- 1.
等离子体近似：带电粒子之间的距离必须足够接近，使得每颗粒子都能够影响许多邻近的粒子，而不是只影响最接近的粒子，从而产生集体性效应。只有当每颗带电粒子的影响范围内都有平均超过一颗带电粒子，等离子体近似才是有效的。这一影响范围称为德拜球，是一个半径为德拜长度的球体空间。德拜球内的粒子数量称为等离子参数，由希腊字母Λ表示。
体积相互作用：相对等离子体的整体大小来说，德拜长度必须很短。这意味着相互作用主要在等离子体的体积内部，而不是它的边缘上。若符合这个判据，则等离子体可视为准中性。
等离子体频率：电子和电子之间的碰撞频率必须比电子和中性粒子之间的碰撞频率高得多。若满足此条件，则静电效应会比普通气体动力学效应强得多。
参数的范围
等离子体的参数可以在数个数量级之间变化，但在参数上显然不同的等离子体，却有相当类似的性质（参考等离子体比例），下表只考虑传统带正负电的等离子体，不考虑特殊的夸克-胶子等离子体。等离子体的各种参数可以有跨越几个数量级的数值范围。不过，有的等离子体虽然在参数上显然不同，但性质却十分相似。以下只考虑普通的原子等离子体，不考虑夸克-胶子等离子体这类奇异现象。
特性 | 地球上的等离子体 | 地球外的等离子体 |
|---|---|---|
大小 | 10−6 m（实验室中的等离子体） 102 m（闪电） | 10−6 m（航天器护套） 1025 m（星系际星云） |
寿命 | 10−8至10−6 s（激光产生的等离子体） 107 s（荧光灯） | 101 s（太阳耀斑） 1017 s（星系际等离子体） |
密度 | 107 m−3至 1032 m−3（惯性约束等离子体） | 1 m−3（星系际介质） 1030 m−3（恒星核心） |
温度 | ~0 K（非中性结晶等离子体） 108 K（核聚变磁性等离子） | 102 K（极光） 107 K（太阳核心） |
磁场 | 10−4 T（实验室中的等离子体） 103 T（脉冲功率等离子体） | 10−12 T（星系际介质） 1011 T（接近中子星） |
电离度
电离是等离子体存在的必要条件。“等离子体密度”通常指的是“电子密度”，也就是每单位体积中的自由电子数量。电离度指的是等离子体中电子数比正常更多或更少的原子所占的比例，这主要受温度影响。就算气体粒子中只有1%是电离粒子，这一气体也会表现出等离子体的一些特性，例如会受磁场影响、能够导电等等。电离度
的明确定义是
，其中
是离子的数量密度（每单位体积中的数量），而
是中性原子的数量密度。电子密度
与电离度的关系是
，其中
是离子的平均电荷态。
温度
等离子体的温度笼统地来说代表了每颗粒子的平均动能，一般用开尔文或电子伏特来量度。要维持等离子体的电离状态，一般需要较高的温度。萨哈电离方程说明，电子温度与电离能之比决定了等离子体的电离度（密度也有较弱的影响）。在低温下，离子和电子会互相结合，形成结合态，即原子，等离子态也会因此最终变为气体。
在大多数情况下，等离子体中的电子很接近热平衡，所以电子温度有良好的定义。在紫外线、高能粒子或强电场等的影响下，电子的能量分布和麦克斯韦-玻尔兹曼分布会有较大的偏离，但尽管如此，电子温度仍然具有良好定义。由于质量相差悬殊，所以电子和电子之间比电子和离子或中性原子之间更快地达到热平衡。因此，离子温度和电子温度可以有巨大的差异（通常前者更低）。这种情况在弱电离等离子体中尤为常见，其中的离子一般接近室温。
高温与低温等离子体
等离子体可以根据其电子、离子和中性粒子的相对温度归为两类──高温等离子体和低温等离子体。在高温等离子体中，电子、离子和中性粒子处于同一温度，即热平衡；在低温等离子体中，电子有较高的温度，而离子和中性粒子的温度则比电子低很多，有时甚至接近室温。
完全与非完全电离
等离子体可以根据电离程度分为冷、热两种。热等离子体中的粒子几乎完全电离，而冷等离子体中则只有小部分电离粒子（比如1%）。“冷”、“热”等离子体在不同文献中可能会有不同的含义。就算是在所谓的“冷”等离子体中，电子温度也可以达到几千摄氏度。
等离子体电势
带电粒子间的空间内的电势称为“等离子体电势”或“空间电势”。不过由于德拜鞘层的缘故，如果往等离子体中插入电极，所测量的电势一般都会比等离子体电势低很多。等离子体是良好的导电体，所以其内部的电场很小。从而有“准中性”这一重要的概念，即：在足够大的范围内，等离子体中的阳离子和阴离子有近乎相同的密度（）；在德拜长度尺度上，则会有不均匀的电荷分布。在产生双层的特殊情况下，电荷分离的尺度可以是德拜长度的数十倍。
要得出电势和电场的大小，单单靠测量净电荷密度是不足够的。一种常见的做法是假设电子满足玻尔兹曼关系：