La mejor respuesta
El plasma es un estado de la materia en el que una sustancia gaseosa ionizada se vuelve muy eléctricamente conductora hasta el punto que de largo alcance eléctrico y los campos magnéticos dominan el comportamiento de la materia. Este estado se puede contrastar con los otros estados : sólido , líquido y gas . A diferencia de estos otros estados de la materia, el plasma es raro en la superficie de la Tierra en condiciones normales y se genera principalmente artificialmente a partir de gases neutros.
El plasma es un medio eléctricamente neutro de partículas positivas y negativas no unidas (es decir, la carga total de un plasma es aproximadamente cero). Aunque estas partículas no están unidas, no son libres en el sentido de que no experimentan fuerzas. Las partículas cargadas en movimiento generan una corriente eléctrica dentro de un campo magnético, y cualquier movimiento de un plasma cargado La partícula afecta y se ve afectada por los campos creados por las otras cargas. A su vez, esto gobierna el comportamiento colectivo con muchos grados de variación.
Tres factores definen un plasma:
- La aproximación de plasma : La aproximación de plasma se aplica cuando el parámetro de plasma, Λ, [26] representa el número de portadores de carga dentro de una esfera (llamada esfera de Debye cuyo radio es el archivo de tramado de Debye ngth) que rodea a una determinada partícula cargada, es lo suficientemente alta como para proteger la influencia electrostática de la partícula fuera de la esfera. [21] [22]
- Interacciones masivas : la duración de la selección de Debye (definida anteriormente) es corta en comparación al tamaño físico del plasma. Este criterio significa que las interacciones en la mayor parte del plasma son más importantes que aquellas en sus bordes, donde pueden tener lugar efectos de frontera. Cuando se satisface este criterio, el plasma es cuasineutral. [27]
- Plasma frecuencia : la frecuencia de plasma de electrones (que mide oscilaciones de plasma de los electrones) es grande en comparación con la frecuencia de colisión de electrones neutros (la frecuencia de medición de colisiones entre electrones y partículas neutras). Cuando esta condición es válida, las interacciones electrostáticas dominan los procesos de la cinética ordinaria de los gases. [28]
Temperatura [ editar ]
La temperatura del plasma se mide comúnmente en kelvins o electronvoltios y es, informalmente, una medida de la energía cinética térmica por partícula. Por lo general, se necesitan altas temperaturas para mantener la ionización, que es una característica definitoria de un plasma. El grado de ionización del plasma está determinado por la temperatura del electrón en relación con la energía de ionización (y más débilmente por la densidad), en una relación llamada ecuación de Saha . A bajas temperaturas, los iones y electrones tienden a recombinarse en estados unidos (átomos) y el plasma eventualmente se convertirá en gas.
En la mayoría de los casos, los electrones están lo suficientemente cerca de equilibrio térmico que su temperatura está relativamente bien definida, incluso cuando hay una desviación significativa de una energía maxwelliana función de distribución , por ejemplo, debido a radiación UV , partículas energéticas o campos eléctricos . Debido a la gran diferencia de masa, los electrones llegan al equilibrio termodinámico entre ellos mucho más rápido de lo que llegan al equilibrio con los iones o átomos neutros. Por esta razón, la temperatura de los iones puede ser muy diferente (generalmente más baja que) la temperatura de los electrones. Esto es especialmente común en plasmas tecnológicos débilmente ionizados, donde los iones suelen estar cerca de la temperatura ambiente .
Formas comunes de plasma
Producidos artificialmente
- Los que se encuentran en pantallas de plasma , incluidas las pantallas de televisión.
- Dentro de lámparas fluorescentes (iluminación de bajo consumo), letreros de neón [46]
- Escape de cohete y propulsores de iones
- El área frente a una nave espacial «s escudo térmico durante reingreso a la atmósfera
- Dentro de una descarga de corona generador de ozono
- investigación sobre energía de fusión
- La arco eléctrico en una lámpara de arco , un arco soldador o antorcha de plasma
- Bola de plasma (a veces llamada esfera de plasma o globo de plasma )
- Arcos producidos por bobinas de Tesla (transformador de núcleo de aire resonante o bobina disruptiva que produce arcos similares a los de un rayo, pero con corriente alterna en lugar de electricidad estática )
- Plasmas utilizados en fabricación de dispositivos semiconductores , incluido el grabado con iones reactivos , sputtering , limpieza de superficies y deposición de vapor químico mejorada por plasma
- Plasmas producidos por láser (LPP), que se encuentran cuando los láseres de alta potencia interactúan con los materiales .
- Plasmas acoplados inductivamente (ICP), formados normalmente en argón gas para emisión óptica espectroscopia o espectrometría de masas
- inducida magnéticamente plasmas (MIP), que normalmente se producen utilizando microondas como método de acoplamiento resonante
Plasmas terrestres
- Chispas eléctricas estáticas
- Plasmas acoplados capacitivamente (CCP)
- Descargas de barrera dieléctrica (DBD)
- Rayo
- La magnetosfera contiene plasma en el espacio circundante de la Tierra medio ambiente.
- La ionosfera
- La plasmasfera
- La auroras polares
- El viento polar , una fuente de plasma
- Rayos de la atmósfera superior (p. ej. Jets azules, arrancadores azules, jets gigantes, ELVES)
- Sprites
- St. El fuego de Elmo
Plasmas espaciales y astrofísicos
- Estrellas (plasmas calentados por fusión nuclear )
- El viento solar
- El medio interplanetario (espacio entre planetas)
- El medio interestelar (espacio entre sistemas estelares)
- El medio intergaláctico (espacio entre galaxias)
- El tubo de flujo Io – Júpiter
- Discos de acreción
- Nebulosas interestelares
Respuesta
En realidad, es bastante difícil no quitar algunos electrones de un plasma, según el tipo de plasma que sea, porque se mueven tan rápido . Dado que son unas 2000 veces más ligeras que un protón, si todas las partículas tienen aproximadamente la misma energía (y muy a menudo los electrones tienen mucha más), los electrones tienen velocidades al menos 50 veces mayores. De hecho, cualquier objeto sólido que inserte en un plasma tiende a acumular electrones hasta que se carga hasta un voltaje negativo (con respecto al plasma). Esto se llama «potencial flotante» porque una vez que se alcanza, no fluye más corriente neta hacia el objeto: su carga acumulada repele los electrones y atrae los iones lo suficiente como para equilibrar los electrones que se mueven mucho, mucho más rápido.
El contraejemplo es que en algunos plasmas fuertemente magnetizados, en realidad puede ser más fácil perder iones . Si bien se mueven mucho más lentamente en general, su transporte promedio entre campos puede ser bastante más rápido.Las partículas cargadas quieren girar alrededor de líneas de campo magnético (llamado «movimiento ciclotrónico») en órbitas con un radio específico, pero pueden moverse a lo largo de líneas de campo libremente (en realidad es más complicado en general, pero tomemos un caso simple aquí). Eso significa que mientras que los electrones se mueven aproximadamente 50 veces más rápido que los protones en direcciones en las que no están restringidos, su radio de ciclotrón es aproximadamente 50 veces más pequeño (nuevamente, asumiendo la misma media energía, lo cual no es seguro, pero generalmente no difieren en un factor de 50). Cada vez que una partícula choca con otra partícula, esa transferencia de impulso básicamente se mezcla en el lugar de su órbita ciclotrónica donde se encuentra la partícula, lo que significa que cada golpe le permite avanzar campo cruzado hasta un radio de ciclotrón. Si el radio del ciclotrón de los iones es relativamente grande en comparación con el tamaño del plasma, los iones se pueden perder muy rápidamente.
El problema aquí es que a los plasmas generalmente les gusta quedarse cuasi-neutral . Eso significa que, si bien las cargas están separadas , contando todas las cargas en el plasma todavía suma cero (o casi cero). Es posible hacer plasmas no neutros, pero sus tasas de pérdida se vuelven mucho, mucho mayores, porque la presión electrostática rápidamente se vuelve enorme . Debido a esto, si quitas más de una muy pequeña porción de los electrones de un plasma, comienzas a perder iones (devolución de llamada al bit sobre potencial flotante !) para aliviar esa presión electrostática; o, para decirlo de otra manera, cuanto más cargada positivamente se vuelve el plasma, más fuertemente los iones tienden a ser expulsados y los electrones tienden a retroceder. Cuánto puede cargar positivamente un plasma de esta manera realmente depende de su esquema de confinamiento.