Plasma

Plasma – O que é

O plasma é o quarto estado da matéria.

Muitos lugares ensinam que existem três estados da matéria; sólido, líquido e gasoso, mas na verdade existem quatro.

O quarto é plasma.

Para colocá-lo de modo bem simples, um plasma é um gás ionizado, um gás para o qual a energia suficiente é fornecido para elétrons livres a partir de átomos ou moléculas e para permitir que ambas as espécies, íons e elétrons, a coexistir. A coisa engraçada sobre isso é, que, tanto quanto sabemos, plasmas são o estado mais comum de matéria no universo. Eles são ainda comuns aqui na Terra.

Um plasma é um gás que foi energizada a ponto de que alguns dos elétrons libertar, mas a viagem com, o seu núcleo.

Gases de plasma pode tornar-se de várias maneiras, mas todas incluem bombear o gás com energia. Uma faísca num gás irá criar um plasma. O gás quente passa através de uma grande faísca irá transformar o fluxo de gás para dentro de um plasma, que pode ser de grande ajuda.

Os maçaricos de plasma que, como são utilizados na indústria para corte de metais. A maior fatia do plasma que você vai ver é que o querido amigo de todos nós, o sol. Rasga calor enormes elétrons do sol fora do hidrogênio e hélio moléculas que compõem o dom.

Essencialmente, o sol, como a maioria das estrelas, é uma grande bola de plasma.

Plasma – Gás Ionizado

Um plasma é um gás ionizado quente consistindo de números aproximadamente iguais de íons carregados positivamente e elétrons carregados negativamente.

As características de plasmas são significativamente diferentes dos de gases neutros comuns de modo a que os plasmas são considerados um distinto “quarto estado da matéria.”

Por exemplo, porque os plasmas são compostas de partículas carregadas eletricamente, elas são fortemente influenciados por campos eléctricos e magnéticos enquanto os gases não são neutros. Um exemplo de tal é a influência aprisionamento de partículas energéticas carregadas ao longo das linhas do campo geomagnético para formar as correias de radiação de Van Allen.

Além de campos impostos externamente, como o campo magnético da Terra, ou o campo magnético interplanetário, o plasma é influenciado por campos elétricos e magnéticos criados dentro do próprio plasma através de concentrações de carga localizadas e correntes elétricas que resultam do movimento diferencial dos íons e elétrons. As forças exercidas por estes campos sobre as partículas carregadas que compõem o ato de plasma através de longas distâncias e transmitir ao comportamento das partículas, uma qualidade coletiva coerente que gases neutros não são exibidos. (Apesar da existência de concentrações de carga localizadas e potenciais elétricos, um plasma é eletricamente “quase-neutra”, porque, no total, há um número aproximadamente igual de partículas carregadas positivamente e negativamente distribuído de modo que as suas taxas de cancelar.)

O universo plasma

Estima-se que 99% da matéria do universo observável está no estado de plasma … daí a expressão “universo plasma.” (A expressão “universo observável” é um qualificador importante: cerca de 90% da massa do universo é pensado para ser contido em “matéria escura”, a composição eo estado dos quais são desconhecidos.) Estrelas, jatos estelares e extragaláctico e o meio interestelar são exemplos de plasmas astrofísicos (ver figura ). No nosso sistema solar, o Sol, o meio interplanetário, os magnetosferas e / ou ionosferas da Terra e de outros planetas, bem como os ionosferas de cometas e certas luas planetárias todos consistem em plasmas.

Os plasmas de interesse para os físicos espaciais são extremamente tênue, com densidades drasticamente inferiores aos alcançados em vácuos de laboratório. A densidade da melhor vácuo do laboratório é de cerca de 10 mil milhões de partículas por centímetro cúbico. Em comparação, a densidade da região densa de plasma magnetosférica, o plasmasfera interior, é de apenas 1000 partículas por centímetro cúbico, enquanto que a folha de plasma é inferior a 1 de partículas por centímetro cúbico.

As temperaturas de plasmas espaciais são muito elevados, que vão desde vários milhares de graus Celsius na plasmasfera a vários milhões de graus na corrente do anel. Enquanto as temperaturas dos “plasmas frios” da ionosfera e plasmasfera são tipicamente fornecidas em graus Kelvin, os dos plasmas magnetosféricas “quentes” são mais vulgarmente expresso em termos de energias médias cinéticas das suas partículas constitutivos medidos em “electrões-volt. ” Um electrão-volt (eV) é a energia que adquire um electrão, uma vez que é acelerada por meio de uma diferença de potencial de um volt e é equivalente a 11600 graus Kelvin.

Plasmas da magnetosfera são frequentemente caracterizados como sendo “frio” ou “quente”. Embora estas etiquetas são bastante subjetiva, que são amplamente utilizados na literatura física espaço.

Como regra geral, os plasmas com temperaturas inferiores a cerca de 100 eV é “fria”, enquanto que aqueles com temperaturas que variam de 100 eV a 30 keV, pode ser considerada “quente”. (Partículas com energias mais altas – como as que povoam o cinturão de radiação – são chamados de “enérgico”).

Plasma – Terra

O que é plasma?

O termo plasma na física, foi utilizado pela primeira vez pelo físico americano, Irving Langmuir no ano de 1928, quando estudava descargas elétricas em gases.

A palavra plasma vem da medicina onde é utilizada para apontar perturbação ou estado não distinguível.

Na superfície da Terra o plasma só se forma em condições especiais. Devido a força gravitacional da Terra ser fraca para reter o plasma, não é possível mantê-lo confinado por longos períodos como acontece no Sol. O Sol, assim como todas estrelas que emitem luz se encontram no quarto estado da matéria. Na ionosfera terrestre, temos o surgimento da Aurora Boreal, que é um plasma natural, assim como o fogo. São sistemas compostos por um grande número de partículas carregadas, distribuídas dentro de um volume (macroscópico) onde haja a mesma quantidade de cargas positivas e negativas.

Este meio recebe o nome de Plasma, e foi chamado pelo fisco inglês W. Clux de o quarto estado fundamental da matéria, pro conter propriedades diferentes do estado sólido, líquido e gasoso.

Esta mudança de estado acontece da seguinte forma: ao adicionarmos calor ao sólido este se transforma em líquido; se adicionarmos mais calor, este se transforma em gás e se aquecermos este gás a altas temperaturas, obtemos o plasma.

Sendo assim, se colocarmos em ordem crescente conforme a quantidade de energia que a matéria possui teremos:

SÓLIDO LÍQUIDO GASOSO PLASMA

A importância do estudo de física de plasma se dá em função de que, o universo matéria é 99% composto por matéria ionizada em forma de plasma, ou seja, no planeta Terra, onde a matéria se encontra normalmente nos três estados: sólido, líquido e gasoso, pode-se dizer que em relação ao Universo, vivemos num ambiente especial e raro.

Propriedades do Plasma

Ele é eletricamente neutro, neutralidade esta garantida, pelo equilíbrio das partículas componentes do plasma, resumidamente seu número de prótons e elétrons é igual.
O plasma é ótimo condutor elétrico, uma vez que possui grande quantidade de elétrons livres.
O plasma apresenta-se como ótimo condutor de calor.
O plasma é fonte de ondas eletromagnéticas. Estando o plasma sujeito a um campo magnético, este induz um campo elétrico e vice-versa.
Nota-se que, no caso do sol, o campo eletromagnético é tão intenso que influencia dispositivos sensíveis a estes campos, como satélites de comunicações por exemplo e também origina fenômenos interessantes como a aurora boreal.

Experiências com Plasma

O plasma também pode existir em baixas temperaturas, como exemplos podemos citar lâmpada fluorescente…Tmbém usado para processar esterilização em autoclave de plasma e peróxido de hidrogênio.

Plasma – Formação

Plasma

Um plasma é uma coleção de átomos neutros, elétrons livres e íons positivos, isto é, átomos que perderam elétrons.

Para formar um plasma é necessário fornecer aos átomos energia suficiente para que eles se dissociem, de modo que, normalmente, é necessária uma alta temperatura para formar e manter um plasma.

Embora um plasma seja um gás ionizado, devido à suas propriedades peculiares ele é considerado o quarto estado da matéria; os outros três sendo o sólido, o líquido e o gasoso.

Estima-se que 99 % da matéria existente no Universo esteja no estado de plasma. Curiosamente, parece que vivemos naqueles 1% onde o plasma é mais raro de ser encontrado…

Os plasmas são caracterizados essencialmente por duas grandezas físicas: a sua temperatura (medida em Kelvin) e a sua densidade de número, ou seja, o número de partículas carregadas por metro cúbico.

Há plasmas no Universo abrangendo uma impressionante amplitude de ordens de grandeza, tanto na temperatura como na densidade, como mostra o diagrama abaixo, que contém ainda alguns exemplos de plasmas.

As estrelas, incluindo o Sol, são formadas inteiramente de plasmas de altíssima temperatura e densidade.

Há diversos exemplos de plasmas que aparecem em nosso dia-a-dia:

Chamas
Lâmpadas fluorescentes
Lâmpadas a vapor
Televisão com tela de plasma
Descarga atmosférica (raios)

Plasma – Significado

A palavra Plasma pode ter vários significados:

Plasma – é um estado da matéria
Plasma – é a parte líquida do sangue
Plasma – é uma variedade criptocristalina de quartzo.
Plasma – é o álbum de estreia da banda Blasted Mechanism.
Plasma – tecnologia de painés (TV) de plasma.

Mas, no momento estamos interessados, apenas, em entender o que significa o plasma que se encontra nos monitores de televisão.

Esse plasma é um estado da matéria.

Você, provavelmente, deve ter estudado que a matéria pode ser encontrada nos estados: sólido, líquido e gasoso.

No entanto, há outros estados em que a matéria também pode ser encontrada como o plasma, que é conhecido como o quarto estado da matéria (a matéria pode ser encontrada em seis estados: sólido, líquido, gasoso, plasma, condensado de Bose-Einstein e condensado fermiônico. No entanto, ainda não há um consenso geral sobre esta classificação).

Na física, plasma é o estado dos gases ionizáveis, ou seja, o gás é formado por partículas livres e fluidas, os íons positivamente carregados e os elétrons (partículas com carga negativa) em uma distribuição quase-neutra (concentrações de íons positivos e negativos praticamente iguais) que possuem comportamento coletivo.

Em cada átomo de um gás neutro o número de elétrons, negativamente carregados, que orbitam ao redor do núcleo é igual ao número de prótons, positivamente carregados, que se encontram no núcleo. Entretanto, a perda de um ou mais elétrons causa a ionização destes átomos. Dentro de uma escala de volume macroscópica, o plasma é quase-neutro , ou seja, o número de cargas negativas é igual ao número de cargas positivas.

Como são formados de partículas carregadas livres, plasmas conduzem eletricidade. Eles tanto geram como sofrem a ação de campos eletromagnéticos, levando ao que se chama de efeito coletivo. Isto significa que o movimento de cada uma das partículas carregadas é influenciado pelo movimento de todas as demais. O comportamento coletivo é um conceito fundamental para a definição de plasmas.

O estado de plasma de uma substância é mais abundante a temperaturas bem elevadas, no entanto também pode surgir a temperaturas relativamente baixas em dependência da composição, estrutura a grau de rarefação do gás. Como já foi citado, a perda de elétrons ioniza os átomos de um gás.

A ionização ocorre e o estado ionizado se sustém porque o gás:

1. é muito quente, tal que as colisões entre átomos são suficientemente intensas para que os elétrons sejam arrancados dos mesmos;
2. é muito rarefeito, de maneira que os elétrons, uma vez removidos, raramente encontrarão um íon com o qual possam se recombinar;
3. está sujeito a fontes externas de energia, tais como campos elétricos intensos ou radiações capazes de arrancar os elétrons dos átomos.

A chama de uma vela, a luminescência da lâmpada de luz fria, o arco elétrico, a descarga elétrica, o jato de fogo que sai da tubagem do motor de reação ou do foguete, o rastro que deixa o relâmpago, são alguns dos fenômenos com os quais o homem toma contato de uma forma direta ou indireta, e em alguns casos utiliza para seu beneficio, deste quarto estado da matéria.

Estima-se que 99% de toda matéria conhecida esteja no estado de plasma, o que faz deste o estado da matéria mais abundante do universo. Plasmas clássicos possuem densidade e temperatura com valores que se distribuem numa larga faixa de abrangência. A densidade varia mais do que 30 ordens de magnitude e a temperatura pode variar mais do que 7 ordens de magnitude. A figura abaixo mostra alguns dos plasmas de laboratório (produzidos nos laboratórios) assim como alguns plasmas que ocorrem na natureza.

Os campos magnéticos associados ao plasma podem ser extremamente intensos, como se pode notar no caso do Sol, onde os campos magnéticos do plasma são responsáveis pelas colunas de convecção de calor, dando origem a manchas solares, ventos solares etc.

Descoberta e aplicações

O primeiro cientista a iniciar as pesquisas efetivas sobre plasma foi Michael Faraday, em 1830, que começou a realizar estudos sobre descargas elétricas na atmosfera e seus efeitos nas reações químicas induzidas. Durante suas pesquisas ele observou estruturas gasosas luminosas, que indicavam um novo estado da matéria.

Com a descoberta do elétron e o aperfeiçoamento dos tubos de descarga a vácuo, estudos com gases à baixa pressão, conduzidos pelos cientistas Langmuir e Crookes, permitiram a elaboração dos primeiros modelos teóricos para ionização, recombinação, difusão, colisões elétron-íon e a formação de íons negativos.

O termo plasma foi utilizado algum tempo depois (1920), por Irving Langmuir e H. Mott-Smith, para designar gases ionizados. Como plasma se refere à matéria moldável, os cientistas provavelmente se referiram à propriedade que o plasma tem de reagir a campos eletromagnéticos, podendo ter sua trajetória modificada, como se fosse um “fio de luz”.

Michael Faraday (1791 – 1867)

Irving Langmuir (1880 – 1940)

William Crookes (1832 – 1919)

Histórico das aplicações do plasma

Em 1929, estudos com sondas eletrostáticas, no diagnóstico de plasmas em descargas a baixa pressão, foram precursores dos tubos de descarga com mercúrio gasoso para iluminação – as futuras lâmpadas fluorescentes.

A partir da década de 30, o plasma foi examinado pela ciência e seus fundamentos teóricos foram edificados. O interesse na obtenção de novas fontes de energia relevou a importância do plasma no processo de fusão nuclear.

Em 1961, surgiu o primeiro conceito bem sucedido de confinamento magnético de plasmas. Pouco tempo depois, a União Soviética construiu a primeira máquina capaz de confinar o plasma e obter energia oriunda de fusão nuclear, batizado de Tokamak. O Tokamak é pesquisado até hoje e acredita-se ser, teoricamente, o melhor candidato à nova fonte de energia desse século.

Em 1970, foram instauradas as primeiras tecnologias de pesquisa em plasmas, como exemplos, as lâmpadas especiais, arcos de plasma para solda e corte, chaves de alta tensão, implantação de íons, propulsão espacial, laser a plasma e reações químicas com plasmas reativos. Deixava de ser apenas teórico e passava a ter utilidade prática.

Em 1994, vem ao público o uso do plasma em terminais de vídeo plano, em Osaka, no Japão. Era a idéia motriz das TVs de plasma.

Em 1999, verificou-se que a utilização de filtros a plasma eliminava 90% de gases poluentes de veículos automotores.

Em 2000, ocorreu com sucesso a utilização de propulsores iônicos para propulsão primária com xenônio na aeronave Deep Space I.

Plasma – Universo

Os Sóis do Universo são feitos de PLASMA GASOSO.

Plasma é o nome que se dá ao QUARTO ESTADO DA MATÉRIA.

O plasma é com frequência chamado o quarto estado da matéria, ao lado dos estados sólido, líquido e gasoso. Ele é criado quando um gás é superaquecido e os elétrons se rompem, deixando partículas eletricamente carregadas.

Conforme a temperatura aumenta, o movimento dos átomos do gás torna-se cada vez mais enérgico e frequente, provocando choques cada vez mais fortes entre eles. Como resultado destes choques, os elétrons começam a se separar. “Basta lembrar da Teoria Cinética dos Gases”( Prof Antonio).

No seu conjunto, o plasma é neutro, já que contém uma quantidade igual de partículas carregadas positiva e negativamente. A interação destas cargas dá ao plasma uma variedade de propriedades diferentes das dos gases.

O plasma “ideal” com as partículas atômicas completamente divididas corresponde a uma temperatura de várias dezenas de milhões de graus. Em todos os lugares onde a matéria está extraordinariamente quente, ela encontrasse no estado plásmico.

Porém, o estado plásmico de uma substância gasosa pode surgir a temperaturas relativamente baixas de acordo com a composição do gás. A chama de uma vela e a luminescência de uma lâmpada fluorescente são alguns exemplos.

O plasma aparece naturalmente no espaço interestelar e em atmosferas do Sol e de outras estrelas. Porém, ele também pode ser criado em laboratório e pelo impacto de meteoros.

O “quarto estado da matéria”, em extensão aos estados sólido, líquido e gasoso (esta descrição foi usada primeiramente por William Crookes em 1879). A ilustração abaixo mostra como a matéria muda de um estado para outro à medida que se fornece energia térmica à mesma.

Ilustração da estrela Cygnus que é um grande SOL composto de PLASMA de hidrogênio sendo
SUGADO por um BURACO NEGRO cuja massa é 6 vezes maior que a do NOSSO SOL

Os plasmas possuem todas as propriedades dinâmicas dos fluidos, como turbulência, por exemplo. Como são formados de partículas carregadas livres, plasmas conduzem eletricidade. Eles tanto geram como sofrem a ação de campos eletromagnéticos, levando ao que se chama de efeito coletivo.

Isto significa que o movimento de cada uma das partículas carregadas é influenciado pelo movimento de todas as demais. O comportamento coletivo é um conceito fundamental para a definição de plasmas.

Quando a matéria está sob a forma de plasma, temos que a temperatura em que ela se encontra é tão elevada que a agitação térmica de seus átomos é enorme, de forma que chega a sobrepor a força que mantém unidos ao núcleo os prótons, nêutron e elétrons.

Apesar de dificilmente ser conseguido o estado de plasma na Terra, os cientistas estimam que cerca de 99% de toda a matéria existente no universo esteja sob a forma de plasma. Uma vez que o plasma possui elétrons capazes de mover-se livremente, ele possui propriedades fantásticas, como a de um ótimo condutor de eletricidade e calor.

Ele possui também formas extremamente particulares de interação com campos magnéticos e com ele mesmo. Como seus elétrons se movem livremente em seu interior, existe uma corrente elétrica dentro do plasma que gera, pela Lei de Ampère, um campo magnético.

Estes elétrons também se movem em círculos de acordo com um campo magnético próprio do plasma, e para o caso da temperatura do plasma ser muito elevada, este movimento circular dos elétrons pode causar a emissão de ondas eletromagnéticas. Os campos magnéticos associados ao plasma podem ser extremamente intensos, como se pode notar no caso do Sol, onde os campos magnéticos do plasma são responsáveis pelas colunas de convecção de calor, dando origem a manchas solares, ventos solares etc.

Fonte: education.jlab.org/pluto.space.swri.edu/www.pet.dfi.uem.br