제4의물질 : 플라즈마

https://youtu.be/iAj-gwLzcoc

 

오늘은 물질의 제 4상태인 플라즈마에 대하여 설명해드립니다.

플라즈마를 통하여 오늘날의 기술이 매우 크게 발전을 했습니다.

플라즈마 과학 기술에 대하여 본 채널에서 집중적으로 다룰 예정입니다.

사실 저는 플라즈마로 박사학위를 받은 전기공학도입니다.

이전 본격적으로 시작할께요. 물질의 상태는 고체, 액체, 기체, 플라즈마의 네 가지 상태로 나눌 수 있습니다.

기체 상태에 있는 물질에 충분한 에너지가 공급되는 기체들은 매우 높은 에너지를 가지고 서로 충돌하게 됩니다.

이때, 기체에 공급되는 에너지가 이온화 에너지보다 더 높아지면 원자 혹은 분자의 전자가 이들로부터 떨어져 나오게 됩니다. 원자나 분자가 양이온으로 되는 과정을 이온화라고 합니다.

전자의 운동에너지가 전자와 양이온의 전기적 결합력 일명 쿨롱힘보다 크다면 전자는 양이온과 결합하지 않고 분리된 상태가 되며, 이렇게 전자와 이온이 서로 분리되어 있고, 중성기체들과 함께 있는 물질을 플라즈마라고 합니다 .

 

우주에 존재하는 물질의 99% 이상이 플라즈마 상태로 존재합니다. 우리가 지구에서 가장 쉽게 볼 수 있는 플라즈마로는 번개가 있습니다. 뇌운에서 땅으로 또는 뇌운에서 뇌운으로 번개가 치는 것을 볼 수 있습니다.

 

번개는 전기 방전 현상의 하나로 번개가 칠 때 그 내부 온도는 약 2만도에 이를 정도로 매우 고온이며, 플라즈마 상태, 좀더 정확하게 말하면 열플라즈마로 분류됩니다. 용접에 사용되는 아크는 열플라즈마의 한 종류이며, 작은 원자들은 큰 원자로 만들어질 때 발생하는 질량결손만큼 발생하는 에너지로 전기를 생성하는 핵융합 플라즈마도 열플라즈마입니다. 열플라즈마는 양이온과 중성기체의 온도가 전자온도의 10에서 100% 사이가되는 플라즈마입니다.

 

봄, 여름에 비오는 날 하늘의 번개들도 열플라즈마로 분류됩니다. 번개로 인한 대기중의 질소, 산소등의 분자들이 이온화, 분해, 재결합등이 이루어지는 과정에서 질소 산화물등이 만들어지는데, 이들 질소 산화물들은 식물에게 필요한 질소비료의 역할을 하게 됩니다. 예전부터 번개가 많이 치는 해는 풍년이 든다는 이야기가 전해지고 있습니다.

 

우리 생활에서 쉽게 볼 수 있는 플라즈마는 어떤 것들이 있을까요? 앞서 말씀드린 금속과 금속을 붙이기 위한 아크 용접, 지금은 거의 사라져가는 가정과 사무실에서 볼 수 있는 형광등, 10여년전까지도 거리를 수놓았던, 네온사인들, 이제는 과거의 유물이 된 플라즈마 디스플레이 패널, 즉 PDP들이 여러분들이 쉽게 접할 수 있는 플라즈마를 활용한 기술들입니다., 플라즈마가 여러분들의 아름다움과 젊음을 유지시키는데 사용되는데 알고 게시나요? 일부 피부과에 가면 플라즈마를 이용한 미백, 스킨케어등의 프로그램들을 쉽게 찾으실 수 있으며, 옥션이나 지마켓에서 가정용 플라즈마 피부 미용기를 여러분들은 쉽게 구매하실 수 있습니다. 이들 플라즈마의 대부분은 비열 플라즈마로 분류됩니다.

 

왜 이들 피부 미용용 플라즈마 장치들의 플라즈마가 비열플라즈마로 분류되는 것에 대한 설명은 향후 소개시켜드릴께요. 비열 플라즈마는 양이온과 중성기체의 온도가 상온수준, 즉 수십도 이내의 플라즈마를 말합니다.

 

간혹 유튜브 광고에서 볼 수 있는 주름 제거 목적으로 주름 주위에 동그란 흉터를 내는 시술은 열플라즈마의 이용한 기술입니다. 의료기의 전기침은 음극이고 사람 피부는 접지가 되는 것이죠.

 

이번 영상에서는 물질의 제 4의 상태 플라즈마에 대한 간략한 소개를 하였습니다.

 

플라즈마에 대하여 궁금한 것들이 있으면 댓글 부탁드립니다. 플라즈마를 전공한 박사님께서 친절히 설명드리겠습니다.