Естественно, избыточные электроны появляются у атома лишь потому, что их потерял другой атом. Процесс утраты электронов атомом, называемый ионизацией, приводит к образованию плазмы. Но если сравнить воздух с настоящей плазмой, то окажется, что нас окружает в целом нейтральная газовая смесь. Число катионов и анионов, называемых в совокупности аэроионами, ничтожно, а главное — слишком мала степень их ионизации.

Степень ионизации как величина означает количество электронов, утерянных ранее нейтральным атомом. Степень ионизации — очень важная физическая величина, потому что она может рассказать о свойствах плазмы и ее разновидностях. Во время грозовых разрядов, случающихся на нашей планете по 8 млн раз в день, на короткое время у земной поверхности рождается самая настоящая плазма с очень высокой температурой и большой степенью ионизации. В канале молнии (стримере) течет поток ионов, представляющих собой атомарные кислород и водород, и противоположный ему поток свободных электронов.

Напряжение, вызывающее разряд, равно 300 000 В, а сила тока достигает 1 А. Температура газов в канале молнии равна +27 тыс. °С. Этого вполне достаточно, чтобы вызывать кратковременные термоядерные реакции. В частности, во время примерно 1,24 % всех грозовых разрядов рождаются в ходе таких реакций потоки элементарных частиц нейтрино. Но постоянно такая плазма существовать не может, она быстро разрушается.

Человек научился создавать плазму самостоятельно. Ионизированный искусственным путем газ можно найти сейчас в каждой рекламной трубке. Неоновое газоразрядное свечение очень слабо ионизирует газ, ионы в нем холодны и движутся медленно. Зато электроны под действием постоянного напряжения разогреваются и разгоняются до больших скоростей.

Температура электронов в рекламной трубке достигает +10 000 °C, во что трудно поверить. Однако они действительно настолько горячи, вот только не способны передать свою тепловую энергию окружающим атомам. Электроны существуют совершенно независимо от ионов, образуя т. н. электронный газ. Вообще, настоящая плазма всегда представляет собой смесь из двух независимых газов — ионного и электронного.

На большой высоте над земной поверхностью царят подходящие условия для длительного существования слабо ионизированной низкотемпературной плазмы. Здесь происходят естественные процессы фотоионизации молекул воздуха под действием ультрафиолетового излучения Солнца. Слой этой плазмы, начинающийся на высоте около 60 км, получил название ионосферы. Ионосферой обладают и другие планеты Солнечной системы.

При слабой ионизации заряженные частицы составляют лишь 1 % от общей плотности плазмы. Космос является миром газа, подвергшегося более значительной ионизации. Громадными скоплениями такого газа оказались сильно разреженные туманности, сложенные продуктами взрывов сверхновых и т. д. Высокотемпературная сильно ионизированная плазма существует на горячих поверхностях звезд. Температура солнечной поверхности сравнительно холодна, она равняется +6000 °C. Существуют и более низкие звездные температуры — много менее +3000 °C. Самые горячие звезды, светила т. н. бело-голубого класса, нагреты до +20 000 °C и более.

Человек способен получать температуры, сопоставимые с теми, что царят в недрах звезд. В начале 1950-х гг. П. Л. Капица установил, при каких условиях в плотном газе под действием мощного разряда рождается плазменный шнур. Сегодня этот эффект используется в установках типа «ТОКАМАК», предназначенных для ядерно-физических экспериментов. Здесь плазменный тор нагревается до нескольких десятков миллионов градусов!

Плазма нашла широкое применение в современной технике. Она применяется для создания неоновых трубок, ламп-вспышек для самолетов и лазеров. Лампы-вспышки на самолетах известны всем, кто наблюдал за ночным полетом самолета. Мигающие на крыльях самолета огоньки являются лампами-вспышками. Сходные лампы производят импульсы для накачки рубиновых лазеров. Есть плазменные лазеры, в которых ионизированный газ является рабочим телом.

Ошибочно думать, будто бы плазма совершенно не применяется в другой бытовой технике. Достаточно вспомнить известные всем почитателям компьютерного мира газоплазменные мониторы. Эти устройства мало популярны среди пользователей, поскольку несколько велики и потребляют много тока. Работать от аккумуляторов и батареек в переносном компьютере плазменные дисплеи не станут. И все-таки необычность устройства, высокая светимость экрана, неувядающая яркость красок, долговечность и полное отсутствие запаздывания привлекают к себе внимание ценителей прогрессивных изобретений в сфере компьютерной техники.

Устроен подобный монитор по аналогии с жидкокристаллическим. В нем установлены несколько стекол, пространство между которыми заполнено газовой смесью. Электрические импульсы поступают в эту среду и превращаются в газовые разряды, ионизирующие смесь. В результате молекулы газа возбуждаются и начинают светиться. Таким образом на дисплее высвечивается информация. Плазма внутри монитора, естественно, низкотемпературная и представляет собой слабоионизированный газ.

Электрический ток представляет собой направленное движение элементарных частиц — электронов, являющихся единичными носителями электрического заряда. Таким образом, ток можно представить в виде течения зарядов по проводнику. Прежде чем человек открыл ток, ему предстояло обнаружить существование заряженных тел и установить законы взаимодействия зарядов, чтобы в дальнейшем прийти к мысли об их движении.

Электрические явления были известны человеку с древнейших времен. Речь идет вовсе не о молниях, которые дали людям огонь, но при этом и порождали суеверный ужас. Молнии не так скоро связали с электричеством. В действительности история учения об электромагнетизме началась с открытия удивительного свойства, которым обладает янтарь. Древние греки заметили, что кусочек янтаря вследствие трения притягивает к себе мелкие и легкие предметы.

Так человек впервые наблюдал электричество без ужаса и пытался даже объяснить поразительный феномен с натурфилософских позиций. В XVII в. англичанин Гильберт повторял опыты древних. Он убедился, что присущими янтарю свойствами обладают и другие минералы, в частности горный хрусталь и алмаз. Изучением необычных свойств камней занялись многие физики. Поскольку янтарь по-древнегречески назывался «электроном», то и природные явления, связанные с притяжением тел минералами в результате трения, получили название электрических.

В 1672 г. выходит в свет первая книга, в которой приводится описание опытов с электричеством. Ее автор — немецкий ученый О. фон Герике, известный своими экспериментами с магдебургскими полушариями. Герике является первым изобретателем электрической машины. Его установка не выполняла полезной работы, но была опытной. Устройство состояло из крупного шара, изготовленного из серы, который заряжался посредством трения.