CHFiz

Plasma - a patra stare de agregare a materiei

În fizică, plasma reprezintă o stare a materiei, fiind constituită din ioni, electroni și particule neutre (atomi sau molecule). Poate fi considerată ca fiind un gaz total sau parțial ionizat, pe ansamblu neutru din punct de vedere electric. Totuși, este văzută ca o stare de agregare distinctă, având proprietăți specifice. Temperatura plasmei obținute în laborator poate lua valori diferite pentru fiecare tip de particulă constituentă. De asemenea, aprinderea plasmei depinde de numeroși parametri (concentrație, câmp electric extern), fiind imposibilă stabilirea unei temperaturi la care are loc trecerea materiei din stare gazoasă în plasmă.

Datorită sarcinilor electrice libere plasma conduce curentul electric și este puternic influențată de prezența câmpurilor magnetice externe. În urma ciocnirilor dintre electroni și atomi pot apărea fenomene de excitare a atomilor, urmate de emisii de radiație electromagnetică. Dacă frecvența radiației emise are valori în domeniul vizibil, se pot observa fenomene luminoase. Atunci când energia electronilor este suficient de mare, atomii sunt ionizați, creându-se noi sarcini, pozitive și negative.

Cu toate ca plasma este o stare de agregare prea puțin cunoscută, se estimează că ar constitui 99% din materia Universului. Stelele sunt alcătuite din plasme dense, fierbinți, în timp ce materia interstelară este o plasmă rarefiată și rece. Temperaturile ridicate din interiorul stelelor permit formarea reacțiilor de fuziune nucleară ce asigură eliberarea unor cantități imense de energie. Fenomenele care au loc în plasmă determină emisia de radiație electromagnetică în domeniul vizibil, de aici și strălucirea caracteristică stelelor.

Tipul de plasmă	Concentrație (cm−3)	Temperatură (K)	Temperatură (eV)	Lungime Debye (cm)
Interiorul stelelor	1023-1026	108	104	10−6
Plasma fierbinte, densă	1012	106	102	10−2
Plasma fierbinte, rarefiată	1014-1016	106	102	10−4
Coroana solară	106-108	106	102	10
Gaz interstelar	1-102	104	1	103-104
Gaz interplanetar	102-103	104	1	10-100
Ionosfera, strat F	106	103	10−1	10−1
Ionosfera, strat D	103	103	10−1	1-10

1 eV = 1.6×10⁻¹⁹  J

Printre aplicațiile plasmei în natură, una dintre cea mai cunoscută este televizorul sau monitorul cu plasmă. Pixelii sunt redați cu ajutorul unei rețele de mici incinte în care se formează plasma. Pentru fiecare pixel există câte trei astfel de incinte. Pereții lor sunt acoperiți cu substanțe fluorescente care emit cele trei culori principale, roșu, albastru și verde. Intensitatea lor este controlată prin intermediul curentului electric aplicat fiecărei celule în parte. O altă ”aplicație” arhicunoscută este focul, care produce plasmă doar la temperaturi foarte ridicate, moment în care gazele se pot ioniza.

În imagine, heliul, kriptonul și neonul sunt ionizate în tuburi de sticlă. Câmpul electromagnetic al globului de plasmă desprinde electronii de pe atomi, iar în timp ce se întorc pe orbitalii lor emană lumina caracteristică spectrului propriu.