Temat

Plazma

Etap edukacyjny

Drugi

Podstawa programowa

I. Wykorzystanie pojęć i wielkości fizycznych do opisu zjawisk oraz wskazywanie ich przykładów w otaczającej rzeczywistości.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Rozpoznawanie czwartego stanu skupienia.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Rozpoznawanie występowania plazmy.

2. Określanie właściwości plazmy.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- rozpoznaje czwarty stan skupienia,

- określa właściwości plazmy i podaje jej wykorzystanie.

Metody kształcenia

1. Uczenie się przez obserwację.

Formy pracy

1. Praca indywidualna.

2. Praca z całą klasą.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Polecenie

Odpowiedz na pytania:

1. Jakie znasz stany skupienia ciał?

2. Podaj cechy fizyczne opisujące każdy z tych stanów.

Odpowiedź:

1. Wyróżniamy trzy stany skupienia: gaz, ciecz i ciało stałe.

2. Ciała stałe mają określone kształt i objętość.
Ciecze przyjmują kształt naczynia, w którym zostały umieszczone ale zachowują swoją objętość.
Gazy przyjmują kształt naczynia, w którym zostały umieszczone i wypełniają całą jego objętość.

Realizacja lekcji

Polecenie

Określ jaki jest stan skupienia ciał fizycznych przedstawionych na poniższych fotografiach.

[Ilustracja 1]

Odpowiedź:

Fotografia 2 przedstawia telewizor, który ma określony kształt i objętość. Zatem telewizor jest przykładem ciała stałego. Natomiast fotografie 1, 3, 4 przedstawiają ciała fizyczne, których istotną cechą jest emisja światła. Do tej pory nie poznaliśmy stanu skupienia o takiej właściwości.

Fotografie 1, 3 i 4 przedstawiają ciała fizyczne, których istotną cechą jest emisja światła.

- Ciała te nie mają określonego kształtu ani określonej objętości, co więcej dla swojego zaistnienia wymagają ciągłego dopływu energii z zewnątrz.

- Świecący zjonizowany gaz przedstawiony na fotografii 1 i świecąca błyskawica przedstawiona na fotografii 3. wymagają przepływu prądu elektrycznego przez gaz. Temperatura gazu atmosferycznego podczas przepływu prądu wyładowania atmosferycznego osiąga kilka lub kilkadziesiąt tysięcy stopni.

- Przedstawione na fotografii 4 świecenie ognia jest związane z burzliwym zachodzeniem reakcji chemicznej. W przypadku spalania ciał organicznych, złożonych z węglowodorów, temperatura spalania wynosi kilkaset stopni.

- Ciała fizyczne świecące przedstawione na fotografii 1, 3 i 4 to czwarty stan skupienia materii. Dla swojego istnienia plazma potrzebuje ciągłego dopływu energii w postaci ciepła lub energii elektrycznej. Ponieważ plazma w sposób naturalny nie wypełnia całej objętości nie jest więc gazem.

Wniosek:

Istnieje czwarty stan skupienia zwany plazmą. Plazma składa się z cząsteczek wzbudzonych, cząsteczek zjonizowanych (jonów) i elektronów. Obecność tego stanu skupienia często jest z związana ze emisją światła widzialnego lub ultrafioletowego.

Polecenie

Obejrzyj ilustrację interaktywną „czwarty stan materii - plazma” i odpowiedz na pytania.

[Ilustracja interaktywna]

1. Z jakich cząsteczek zbudowana jest plazma?

2. W jakich warunkach powstaje plazma?

Odpowiedź:

1. Plazma zbudowana jest ze swobodnych cząsteczek, których znaczna część emituje światło. Cząsteczki takie, powstają we zjonizowanym gazie, dlatego też obok cząsteczek wzbudzonych znaczną część cząsteczek plazmy stanowią jony i elektrony.

2. Plazma powstaje w warunkach wysokiej temperatury gazu powyżej 3500 K. W pobliżu temperatury 10000 K każdy gaz staje się plazmą.

Chociaż plazma jest najpowszechniej występującym we Wszechświecie stanem skupienia materii, nieczęsto mamy okazję ją widywać - przykładem zjawisk, w których można zaobserwować powstawanie plazmy są błyskawice i zorza polarna. Ze względu na swoje przeciwdrobnoustrojowe właściwości, plazma coraz częściej znajduje swoje zastosowanie w wielu dziedzinach, przede wszystkim medycynie, stomatologii i przetwórstwie żywności.

Plazma w stomatologii i medycynie.

Prowadzone badania nad zastosowaniem zimnej plazmy w stomatologii i medycynie koncentrują się przede wszystkim na działaniu plazmy na stan fizjologiczny komórek prawidłowych i nowotworowych, hamowaniu rozwoju nowotworów, przyspieszeniu leczenia trudno gojących się ran, a także usuwaniu mikroorganizmów z powierzchni biologicznych oraz sprzętu medycznego. Działanie plazmy na komórki organizmów wyższych, w tym człowieka, zależy od jej dawki – wykazano, że małe dawki powodują zabicie bakterii nie mając wpływu na komórki ssaków. Przy średnich dawkach, zachodzi proces przyspieszenia gojenia ran, zwiększenia proliferacji komórek, zwiększenia wydzielania czynnika wzrostu oraz apoptozy komórek nowotworowych, natomiast wysokie dawki plazmy są szkodliwe i mogą powodować śmierć komórek.

Wykorzystanie plazmy w stomatologii opiera się głównie na walce z bakteriami bytującymi na powierzchni zębów w postaci trudnych do zwalczenia biofilmów, które powodują zakażenia ust, zębów czy dziąseł.

Plazma w obróbce żywności.

Wykorzystanie plazmy w oczyszczaniu produktów żywnościowych z mikroorganizmów niesie ze sobą szereg zalet – w porównaniu do tradycyjnych metod dekontaminacji żywności, takich jak obróbka termiczna, plazma praktycznie nie zmienia struktury ani właściwości odżywczych bądź sensorycznych produktów – wartości smakowe czy zapachowe pozostają takie same, jak w przypadku próbek nie poddanych działaniu plazmy.  

Podsumowanie lekcji

Plazma – zjonizowana materia o stanie skupienia przypominającym gaz, w którym znaczna część cząstek jest naładowana elektrycznie. Plazma zawiera wzbudzone cząsteczki oraz swobodne cząstki naładowane w postaci jonów i elektronów. Plazma powstaje w warunkach wysokiej temperatury gazu powyżej 3500 K lub podczas przepływu odpowiednio dużego prądu elektrycznego. W pobliżu temperatury 10000 K każdy gaz staje się plazmą.