Los tiempos en los que asociábamos el plasma con algo irreal, incomprensible, fantástico, quedaron atrás. Hoy en día, este concepto se utiliza activamente. El plasma se utiliza en la industria. Es el más utilizado en la ingeniería de iluminación. Un ejemplo son las lámparas de descarga de gas que iluminan las calles. Pero también está presente en las lámparas fluorescentes. También está en la soldadura eléctrica. Después de todo, el arco de soldadura es un plasma generado por una antorcha de plasma. Podrían darse muchos otros ejemplos.
La física del plasma es una rama importante de la ciencia. Por lo tanto, vale la pena comprender los conceptos básicos relacionados con él. A esto está dedicado nuestro artículo.
Definición y tipos de plasma
¿Qué es el plasma? La definición en física es bastante clara. Un estado de plasma es tal estado de la materia cuando este último tiene un número significativo (proporcionado con el número total de partículas) de partículas cargadas (portadores) que pueden moverse más o menos libremente dentro de la sustancia. Se pueden distinguir los siguientes tipos principales de plasma en física. Si los portadores pertenecen a partículas del mismo tipo (ypartículas de carga opuesta, que neutralizan el sistema, no tienen libertad de movimiento), se llama monocomponente. De lo contrario, es de dos o varios componentes.
Funciones de plasma
Entonces, hemos descrito brevemente el concepto de plasma. La física es una ciencia exacta, por lo que las definiciones son indispensables aquí. Hablemos ahora de las principales características de este estado de la materia.
Las propiedades del plasma en física son las siguientes. En primer lugar, en este estado, bajo la acción de fuerzas electromagnéticas ya pequeñas, surge el movimiento de los portadores, una corriente que fluye de esta manera hasta que estas fuerzas desaparecen debido al apantallamiento de sus fuentes. Por lo tanto, el plasma finalmente pasa a un estado en el que es casi neutral. En otras palabras, sus volúmenes, mayores que algún valor microscópico, tienen carga cero. La segunda característica del plasma está relacionada con la naturaleza de largo alcance de las fuerzas de Coulomb y Ampère. Consiste en el hecho de que los movimientos en este estado, por regla general, tienen un carácter colectivo, involucrando una gran cantidad de partículas cargadas. Estas son las propiedades básicas del plasma en la física. Sería útil recordarlos.
Estas dos características llevan al hecho de que la física del plasma es inusualmente rica y diversa. Su manifestación más llamativa es la facilidad para que se produzcan diversos tipos de inestabilidades. Son un serio obstáculo para la aplicación práctica del plasma. La física es una ciencia en constante evolución. Por lo tanto, se puede esperar que con el tiempo estos obstáculosserá eliminado.
Plasma en líquidos
Pasando a ejemplos específicos de estructuras, comencemos con la consideración de los subsistemas de plasma en la materia condensada. Entre los líquidos, primero se deben nombrar los metales líquidos, un ejemplo al que corresponde el subsistema de plasma, un plasma de un solo componente de portadores de electrones. Estrictamente hablando, la categoría que nos interesa también debería incluir líquidos electrolíticos en los que hay portadores: iones de ambos signos. Sin embargo, por varias razones, los electrolitos no se incluyen en esta categoría. Uno de ellos es que no hay portadores ligeros móviles, como los electrones, en el electrolito. Por lo tanto, las propiedades del plasma anteriores se expresan mucho más débil.
Plasma en cristales
El plasma en cristales tiene un nombre especial: plasma en estado sólido. En los cristales iónicos, aunque hay cargas, están inmóviles. Por lo tanto, no hay plasma. En los metales, estos son electrones de conducción que forman un plasma de un componente. Su carga es compensada por la carga de iones inmóviles (más precisamente, incapaces de moverse largas distancias).
Plasma en semiconductores
Teniendo en cuenta los conceptos básicos de la física del plasma, cabe señalar que la situación en los semiconductores es más diversa. Vamos a caracterizarlo brevemente. Puede surgir un plasma de un componente en estas sustancias si se les introducen las impurezas apropiadas. Si las impurezas donan fácilmente electrones (donantes), aparecen portadores de tipo n: electrones. Si las impurezas, por el contrario, eliminan fácilmente los electrones (aceptores), surgen portadores de tipo p- agujeros (lugares vacíos en la distribución de electrones), que se comportan como partículas con carga positiva. Un plasma de dos componentes formado por electrones y huecos surge en los semiconductores de una forma aún más sencilla. Por ejemplo, aparece bajo la acción del bombeo de luz, que arroja electrones de la banda de valencia a la banda de conducción. Notamos que, bajo ciertas condiciones, los electrones y los huecos atraídos entre sí pueden formar un estado ligado similar a un átomo de hidrógeno: un excitón, y si el bombeo es intenso y la densidad de los excitones es alta, entonces se fusionan y forman una gota. de líquido de huecos de electrones. A veces, dicho estado se considera un nuevo estado de la materia.
Ionización de gases
Los ejemplos anteriores se refieren a casos especiales del estado del plasma, y el plasma en su forma pura se denomina gas ionizado. Muchos factores pueden conducir a su ionización: campo eléctrico (descarga de gas, tormenta), flujo de luz (fotoionización), partículas rápidas (radiación de fuentes radiactivas, rayos cósmicos, que se descubrieron al aumentar el grado de ionización con la altura). Sin embargo, el factor principal es el calentamiento del gas (ionización térmica). En este caso, la separación de un electrón de un átomo conduce a una colisión con este último de otra partícula de gas, que tiene suficiente energía cinética debido a la alta temperatura.
Plasma de alta y baja temperatura
La física del plasma de baja temperatura es con lo que entramos en contacto casi todos los días. Ejemplos de tal estado son las llamas,sustancia en una descarga de gas y relámpagos, varios tipos de plasma espacial frío (iono y magnetosferas de planetas y estrellas), sustancia de trabajo en varios dispositivos técnicos (generadores MHD, motores de plasma, quemadores, etc.). Ejemplos de plasma de alta temperatura son la materia de las estrellas en todas las etapas de su evolución, excepto en la primera infancia y la vejez, la sustancia de trabajo en las instalaciones de fusión termonuclear controlada (tokamaks, dispositivos láser, dispositivos de haz, etc.).
El cuarto estado de la materia
Hace siglo y medio, muchos físicos y químicos creían que la materia se compone únicamente de moléculas y átomos. Se combinan en combinaciones completamente desordenadas o más o menos ordenadas. Se creía que hay tres fases: gaseosa, líquida y sólida. Las sustancias las aceptan bajo la influencia de condiciones externas.
Sin embargo, actualmente podemos decir que hay 4 estados de la materia. Es un plasma que se puede considerar nuevo, el cuarto. Su diferencia con los estados condensados (sólido y líquido) radica en el hecho de que, como un gas, no solo tiene elasticidad de corte, sino también un volumen fijo. Por otro lado, un plasma tiene en común con un estado condensado la presencia de un orden de corto alcance, es decir, la correlación de las posiciones y composición de las partículas adyacentes a una carga de plasma dada. En este caso, tal correlación no es generada por fuerzas intermoleculares, sino por fuerzas de Coulomb: una carga dada repele consigo cargas del mismo nombre y atrae a las opuestas.
La física del plasma fue revisada brevemente por nosotros. Este tema es bastante voluminoso, por lo que solo podemos decir que hemos revelado sus conceptos básicos. La física del plasma sin duda merece una mayor consideración.
