O quarto estado da Matéria - O plasma

     sendo um conjunto quente e denso de átomos livres, elétrons e íons, com distribuição quase neutra e comportamento coletivo. Estamos falando do  plasma, o quarto estado da matéria!!! 

         Em nossa vida diária estamos acostumados a ver apena 3 estados de agregação da matéria : o liquido, o suco, por exemplo, que você bebe para se refrescar, o solido, os cubos de gelos formados em eu congelador, e o gasoso, onde você está bem acostumado a ouvir a frase "gás oxigênio" .
         Porém, existe um quarto estado físico da matéria, que não é tão comum aqui na Terra, mas que por incrível que pareça, acredita-se que 99% de tudo que existe no universo esteja nesse quarto estado, chamado de plasma.
         Para se formar o plasma, é necessário que a matéria no estado gasoso seja aquecida a temperaturas elevadíssimas, como ocorre, por exemplo, no núcleo das estrelas, como o do nosso Sol, em que existem certas regiões de sua superfície que estão em aproximadamente 84.000ºC.
        Essa alta temperatura faz com que as moléculas do gás se rompam, formando átomos livres, que, por sua vez, perdem e ganham elétrons, gerando íons. Assim, podemos dizer que o plasma é formado por um conjunto quente e denso de átomos livres, elétrons e íons, em uma distribuição quase neutra (números de partículas positivas e negativas é praticamente igual), que possuem comportamento coletivo.  

Temperaturas

          A temperatura do plasma é normalmente medida em kelvins ou elétron-volts e é, informalmente, uma medida da energia cinética térmica por partícula. Geralmente são necessárias temperaturas muito altas para sustentar a ionização, a qual é uma caraterística definidora de um plasma. O grau de ionização do plasma é determinado pela "temperatura do elétron" relativa ao potencial de ionização (e, com menos intensidade, pela densidade), numa relação chamada equação de Saha. Em baixas temperaturas, os íons e elétrons tendem a se recombinar para o seu estado ligado -e o plasma acaba se convertendo em um gás.

         Visto que possui partículas carregadas, o plasma é um condutor elétrico, respondendo fortemente a campos eletromagnéticos e formando estruturas, tais como filamentos, raios e camadas duplas; sendo que isso não ocorre com os gases.  É interessante, também, que o plasma não só reage, mas também gera campos magnéticos. Isso ocorre porque se forma uma corrente elétrica em seu interior, graças aos seus elétrons livres, e, pela Lei de Ampère, forma-se um campo eletromagnético. Os elétrons também se movimentam de forma circular de acordo com o campo magnético do plasma, e com a temperatura bastante elevada, esse movimento pode causar a emissão de ondas eletromagnéticas. Um exemplo que podemos observar desses campos magnéticos extremamente intensos é a formação das colunas de convecção de calor do Sol, que dão origem a manchas solares, ventos solares etc. 

Definição de um plasma

       O plasma é livremente descrito como um meio eletricamente neutro de partículas positivas e negativas (isto é, a carga total de um plasma é aproximadamente zero). É importante notar que, embora não tenham limites, essas partículas não são "livres". Quando as cargas se movem, elas geram correntes elétricas com campos magnéticos e, como resultado, cada uma é afetada pelos campos das outras. Isto determina o comportamento coletivo com muitos graus de liberdade.

Grau de ionização

       A ionização é necessária para o plasma existir. O termo "densidade do plasma" usualmente se refere à "densidade de elétrons", isto é, o número de elétrons livres por unidade de volume. O grau de ionização de um plasma é a proporção de átomos que perderam (ou ganharam) elétrons e é controlado principalmente pela temperatura. Mesmo um gás parcialmente ionizado, em que somente 1% das partículas esteja ionizada, pode apresentar as características de um plasma, isto é, resposta a campos magnéticos e alta condutividade elétrica. O grau de ionização α é definido como α = n_i/(n_i + n_a), em que n_i é a densidade de íons e n_a é a densidade de átomos neutros. A densidade de elétrons está relacionada a ele pelo estado médio da carga <Z> dos íons, sendo que n_e = <Z> n_i, em que n_e é a densidade de elétrons.

          Aqui na Terra, o plasma só ocorre em situações especiais. A primeira ocasião em que ele foi descrito foi na criação da ampola de Crookes (clique e leia a respeito), desenvolvida pelo físico inglês Willian Crookes (1832-1919) na década de 1850, também chamada de tubo de raios catódicos. Trata-se de um tubo de vidro, preenchido por gases à baixa pressão, e que possui eletrodos, isto é, um polo negativo (cátodo) e um positivo (ânodo), ligados a um gerador.  

O raio é um exemplo de plasma presente na superfície da Terra. Tipicamente, um raio descarrega 30.000 amperes a até 100 milhões de volts e emite luz, ondas de rádio, raios X e até raios gama. As temperaturas do plasma num raio podem atingir ~28.000 kelvins e as densidades de elétrons podem exceder 10²⁴ m⁻³.
Imagem: wikipédia

                  

Imagem : Domínio livre, google imagens 

     

     No cotidiano, vemos um exemplo de plasma nas lâmpadas fluorescentes e em processos de esterilização. Lâmpadas de plasma, como a mostrada acima, podem ser compradas como souvenir. 

Imagem: Domínio livre, google imagens 

       As auroras Austrais e Boreais são resultado da excitação de átomos e moléculas da atmosfera, quando bombardeados por partículas carregadas expelidas do Sol e defletidas pelo campo geomagnético, sendo, portanto, plasmas naturais.

Plasmas produzidos artificialmente  (Fonte)

• Aqueles encontrados em telas de plasma, inclusive TVs.
• Interior de lâmpadas fluorescentes (luz de baixa energia), sinais de neônio.^[7]
• Exaustão de foguetes e propulsores de íons.
• A área adiante do escudo térmico de uma nave espacial, durante a reentrada na atmosfera terrestre.
• Interior da descarga de corona de um gerador de ozônio.
• Pesquisa de energia de fusão nuclear.
• O arco elétrico em uma lâmpada a arco voltaico, um arco de solda ou um maçarico de plasma.
• Globo de plasma.
• Arcos produzidos em bobinas de Tesla (transformadores ressonantes de núcleo de ar ou bobinas interruptoras que produzem arcos similares a raios, mas com corrente alternada, em vez de eletricidade estática).
• Plasmas utilizados na fabricação de circuitos integrados, inclusive gravação iônica reativa,pulverização catódica, limpeza superficial por plasma e deposição de vapor químico induzida por plasma.
• Plasmas produzidos por lasers, encontrados quando lasers de alta potência interagem com materiais.
• Plasmas indutivos, tipicamente formados em gás argônio para espectroscopia de emissão óptica ou espectrometria de massa.
• Plasmas magneticamente induzidos, tipicamente produzidos utilizando-se micro-ondas como método de acoplamento ressonante.

-Recomendo que acesse a bibliografia para mais e maiores informações do meio acadêmico. 

Bibliografia :

   Fonte 1° :

FOGAçA, Jennifer Rocha Vargas. "Plasma – outro estado da matéria"; Brasil Escola. Disponível em <http://brasilescola.uol.com.br/quimica/plasmaoutro-estado-materia.htm>. Acesso em 12 de janeiro de 2017. 

Outras fontes: 

Sturrock, Peter A. (1994). Plasma Physics: An Introduction to the Theory of Astrophysical, Geophysical & Laboratory Plasmas. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 0521448107.

D. A. Gurnett, A. Bhattacharjee (2005). Introduction to Plasma Physics: With Space and Laboratory Applications. Cambridge, UK: Cambridge University Press. p. 2. ISBN 0521364833.  

Fonte Secundaria :

Clique aqui  e vá para uma matéria no wikipédia (muito bem detalhada e explicada)

Portal da Física (Wikipédia) 

Clique aqui e leia um trabalho (PDF) de universitários da USP sobre o plasma e suas aplicações!

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