Plasma

¿Que es el plasma?

El plasma es el cuarto estado de la materia después del sólido, el líquido y el gas. Es un estado de la materia en el que una sustancia ionizada se vuelve altamente conductora de la electricidad hasta el punto de que los campos eléctricos y magnéticos de largo alcance dominan su comportamiento. El plasma es típicamente un medio eléctricamente cuasineutral de partículas positivas y negativas no ligadas, es decir, la carga total de un plasma es aproximadamente cero. Aunque estas partículas no están unidas, no son "libres" en el sentido de no experimentar fuerzas. Las partículas cargadas en movimiento generan corrientes eléctricas, y cualquier movimiento de una partícula de plasma cargada afecta y se ve afectado por los campos creados por las otras cargas. A su vez, esto gobierna el comportamiento colectivo con muchos grados de variación.

Historia del plasma

El plasma fue identificado por primera vez en el laboratorio por sir William Crookes. Crookes presentó una conferencia sobre lo que denominó "materia radiante" ante la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia, en Sheffield, el viernes 22 de agosto de 1879. Sin embargo, los estudios sistemáticos del plasma comenzaron con las investigaciones de Irving Langmuir y sus colegas en la década de 1920. Langmuir también introdujo el término "plasma" como descripción del gas ionizado en 1928

Excepto cerca de los electrodos, donde hay vainas que contienen muy pocos electrones, el gas ionizado contiene iones y electrones en un número casi igual, de modo que la carga espacial resultante es muy pequeña. Utilizaremos el nombre de plasma para describir esta región que contiene cargas equilibradas de iones y electrones.

Lewi Tonks y Harold Mott-Smith, que trabajaron con Langmuir en los años 20, recuerdan que Langmuir utilizó por primera vez el término por analogía con el plasma sanguíneo. Mott-Smith recuerda, en particular, que el transporte de electrones de los filamentos termoiónicos le recordaba a Langmuir "la forma en que el plasma sanguíneo transporta los glóbulos rojos y blancos y los gérmenes".

Plasma ideal

Tres factores definen un plasma ideal.

La aproximación del plasma: La aproximación del plasma se aplica cuando el parámetro del plasma Λ, que representa el número de portadores de carga dentro de la esfera de Debye es mucho mayor que la unidad. Se puede demostrar fácilmente que este criterio es equivalente a la pequeñez de la relación de las densidades de energía electrostática y térmica del plasma. Tales plasmas se denominan débilmente acoplados.
Interacciones a granel: La longitud de Debye es mucho menor que el tamaño físico del plasma. Este criterio significa que las interacciones en el grueso del plasma son más importantes que las de sus bordes, donde pueden tener lugar efectos de frontera. Cuando se cumple este criterio, el plasma es cuasineutral.
Sin colisiones: La frecuencia del plasma de electrones (que mide las oscilaciones de los electrones en el plasma) es mucho mayor que la frecuencia de colisión electrón-neutral. Cuando esta condición es válida, las interacciones electrostáticas dominan sobre los procesos de la cinética ordinaria del gas. Tales plasmas se denominan sin colisiones.

Plasma inestable

La fuerza y el alcance de la fuerza eléctrica y la buena conductividad de los plasmas suelen asegurar que las densidades de las cargas positivas y negativas en cualquier región considerable son iguales ("cuasineutralidad"). Un plasma con un exceso significativo de densidad de carga o, en el caso extremo, compuesto por una sola especie, se denomina plasma no neutro. En un plasma de este tipo, los campos eléctricos desempeñan un papel dominante. Algunos ejemplos son los haces de partículas cargadas, una nube de electrones en una trampa de Penning y los plasmas de positrones

Plasma polvoriento

Un plasma polvoriento contiene diminutas partículas de polvo cargadas (típicamente encontradas en el espacio). Las partículas de polvo adquieren altas cargas e interactúan entre sí. Un plasma que contiene partículas más grandes se llama plasma de grano. En condiciones de laboratorio, los plasmas polvorientos también se denominan plasmas complejos.