El estado plasma de la materia // Fundamentos básicos
El plasma
El estado plasmático es considerado por algunos científicos el cuarto estado de la materia. Si el cambio de estado se produce por la diferencia de temperatura, la materia pasa a estado plasmático al calentar lo suficiente cuando se encuentra en estado gaseoso.Ciencias aplicadas I Escrito por ANDREA PASTOR, DIONISIO ESCOBAR, ESTHER MAYORAL, FRANCISCO RUIZ , Página 197; 2014.
El plasma es la materia en estado plasmático, del que se cree que es el estado más abundante en el universo, en la naturaleza se encuentra el plasma en la ionosfera, en los rayos producidos por una tormenta, en las auroras boreales, etc.
De manera artificial se produce el plasma; para las pantallas de plasma que se utiliza en los televisores o en los ordenadores, para las lámparas de bajo consumo, para los tubos eflorescentes, etc.
Si se aplica calor a un sólido u otros formas de energía, que pueda absorber d forma y se convierte en líquido, luego se vaporiza convertidos en gas y finalmente se desprende algunos electrones de átomos o moléculas de neutrones del gas, formándose una mezcla de iones cargados positivamente y electrones con carga negativa, manteniéndose neutro el balance eléctrico de la mezcla. Cuando una parte significativa del gas se ha ionizado, sus propiedades se han alterado de un modo tal que guarda poca similitud con los otros estados de la materia, es por ello que se considera este estado de la materia de gas ionizado, como el cuarto estado de la materia y se le denomina plasma, las característica del plasma son únicas, ya que es el único tipo de materia, quien interactúa consigo mismo con los campos magnéticos y eléctricos, además con su entorno.
Una propiedad básica de los plasma es su casi neutralidad eléctrica, es decir el número de cargas negativas y positivas por unidad de volumen de plasma son prácticamente iguales. Cualquier exceso de concentración de carga produce la aparición de cargas produce la aparición de fuerza electrostática, resultante de la atracción entre cargas opuestas, capaces de restablecer el equilibrio.
Unos de los parámetros más importantes relacionados con un plasma es la longitud de Debye, que define la máxima distancia, a la que pueden existir grandes diferencias entre las cargas positivas y negativa, es igual a 69 veces a la raíz cuadrada de la razón entre la temperatura de los electrones y su densidad de volumen. Este parámetro permite una definición cuantitativa del plasma.
La frecuencia de plasma, así como la longitud de Debye, proporciona una medida de las longitudes típicas en un plasma, la frecuencia de plasma (ω p) describe sus tiempos característicos. Supóngase que en un plasma en equilibrio y sin densidades de carga se introduce un pequeño desplazamiento de todos los electrones en una dirección. Estos sentirán la atracción de los iones en la dirección opuesta, se moverán hacia ella y comenzarán a oscilar en torno a la posición original de equilibrio. La frecuencia de tal oscilación es lo que se denomina frecuencia de plasma. La frecuencia de plasma de los electrones es:
Donde m e es la masa del electrón y e su carga.
Un plasma puede ser fabricado en un laboratorio calentando un gas a una temperatura muy alta. Las violentas colisiones entre los átomos y las moléculas dan a lugar a que los átomos y las moléculas dan lugar a que los átomos se disocien en iones y electrones, un plasma de hidrogeno completamente ionizado, que consiste únicamente en una mezcla de electrones y protones, es el agregado material más elemental hasta ahora conocido, por lo general las partículas de una determinada especie localizadas en un punto dado no tienen igual velocidad: presentan por el contrario una distribución que en el equilibrio térmico es descrita por la distribución de Maxwell-Boltzmann. A mayor temperatura, mayor será la dispersión de velocidades, Una medida de tal dispersión es la velocidad cuadrática media que, en el equilibrio, se denomina también velocidad térmica, es frecuente, aunque formalmente incorrecto, hablar también de velocidad térmica y de temperatura en plasmas lejos del equilibrio termodinámico, en tal caso, se menciona la temperatura que correspondería a una velocidad cuadrática media determinada.
La velocidad térmica de los electrones es:
Se ha calculado, que más del 99% de la materia total del universo se encuentra en estado de plasma, es decir en forma de gas ionizado. Todas las estrellas observadas, incluso el sol, están compuesta por plasma, así como la materia interplanetaria, la interestelar y las atmósferas exteriores de los planetas.
Un plasma es una compleja mezcla de partículas de diferentes tipos, cada una de ellas con una masa y carga, en un rápido movimiento debido a su alta temperatura. El parámetro de plasma (Γ), indica el número medio de partículas contenidas en una esfera cuyo radio es la longitud de Debye (esfera de Debye).
La definición de plasma, según la cual la interacción electromagnética de una partícula, con la multitud de partículas distantes domina sobre la interacción con los pocos vecinos próximos, puede escribirse en términos del parámetro de plasma como Γ ≫ 1, esto es: hay un gran número de partículas contenidas en una esfera de Debye. Es común referirse a esta desigualdad como "condición de plasma".
Algunos autores adoptan una definición inversa del parámetro de plasma (g = 1 /Γ), con lo que la condición de plasma resulta ser g ≪ 1.
El parámetro de plasma de los electrones es:
Las propiedades básicas de un plasma son esencialmente independiente de sus propiedades químicas y están determinadas por las leyes de conservación de la energía y por el comportamiento de los electrones. Cuando el plasma no está en equilibrio y contiene corriente eléctrica, el numero de choques binarios entre partículas similares, que tiene lugar en una esfera de radio igual a la longitud de Deyes, define la frecuencia de colisión, a temperatura suficientemente altas, todos los electrones dejan los átomos, quedando los núcleos atómicos completamente aislado y los choque entre estos núcleos pueden formar otros núcleos más pesados con emisión de energía en el fenómeno de fusión termonuclear, como sucede en el sol y las estrellas.
Las principales aplicaciones prácticas del plasma, están en fase de desarrollo y son principalmente en el campo de la energía, el principal método para generar energía eléctrica ha sido la utilización de diversas fuentes de calor, para vaporizar agua líquida, de modo que el vapor mueva los turbogeneradores. Una fuente potencial de calor puede ser un reactor de fusión basado en un plasma de isótopos de hidrógeno, también se debe considerar para obtener energía de ciertos tipos de reactores de fusión se han propuesto la llamada generación magnetohidrodinámica (MHD), que permite superar las cadenas calor, vapor, energía mecánica y obtener una fuerza electromotriz directamente de una corriente de plasma, que se mueve perpendicularmente a un campo magnético, por ultimo también los plasma se pueden aplicar para los generadores de rayos láser y de calor para reacciones químicas.
Fuente bibliográfica
Plasma: el cuatro estado de la materia por Teresa de los Arcos - 2011.
Química - Página 229 por Andoni Garritz - 1998.
Ciencias aplicadas I - Página 197 por ANDREA PASTOR, DIONISIO ESCOBAR, ESTHER MAYORAL - 2014.
