Plasma este o stare a materiei care este adesea considerată ca un subset al gazelor, dar cele două stări se comportă foarte diferit. Ca și gazele, plasmele nu au o formă sau un volum fix și sunt mai puțin dense decât solidele sau lichidele. Dar, spre deosebire de gazele obișnuite, plasmele sunt alcătuite din atomi în care o parte sau toți electronii au fost eliminați, iar nucleele încărcate pozitiv, numite ioni, umblă liber.
„Un gaz este alcătuit din molecule și atomi neutri”, a declarat Xuedong Hu, profesor de fizică la Universitatea din Buffalo. Adică, numărul de electroni încărcați negativ este egal cu numărul de protoni încărcați pozitiv.
„Plasma este un gaz încărcat, cu interacțiuni Coulomb puternice”, a declarat Hu pentru Live Science. Atomii sau moleculele pot dobândi o sarcină electrică pozitivă sau negativă atunci când câștigă sau pierd electroni. Acest proces se numește ionizare. Plasma alcătuiește soarele și stelele și este cea mai comună stare a materiei în întregul univers.
(Apropo, plasma sanguină este ceva complet diferit. Este porțiunea lichidă a sângelui. Este formată din 92% apă și constituie 55% din volumul sângelui, conform Crucii Roșii Americane.)
Particule încărcate
Un gaz tipic, cum ar fi azotul sau hidrogenul sulfurat, este alcătuit din molecule care au o sarcină netă de zero, ceea ce conferă volumului de gaz ca întreg o sarcină netă de zero. Plasmele, fiind alcătuite din particule încărcate, pot avea o sarcină netă de zero pe întregul lor volum, dar nu și la nivelul particulelor individuale. Aceasta înseamnă că forțele electrostatice dintre particulele din plasmă devin semnificative, la fel ca și efectul câmpurilor magnetice.
Fiind alcătuite din particule încărcate, plasmele pot face lucruri pe care gazele nu le pot face, cum ar fi să conducă electricitatea. Și, deoarece sarcinile în mișcare creează câmpuri magnetice, plasmele pot avea și ele câmpuri magnetice.
Într-un gaz obișnuit, toate particulele se vor comporta aproximativ în același mod. Astfel, dacă aveți un gaz într-un recipient și îl lăsați să se răcească la temperatura camerei, toate moleculele din interior se vor mișca, în medie, cu aceeași viteză, iar dacă ar fi să măsurați viteza multor particule individuale, veți obține o curbă de distribuție cu multe dintre ele mișcându-se aproape de medie și doar câteva fie deosebit de încet, fie de repede. Acest lucru se datorează faptului că, într-un gaz, moleculele, precum bilele de biliard, se lovesc între ele și își transferă energia între ele.
Acest lucru nu se întâmplă într-o plasmă, în special într-un câmp electric sau magnetic. Un câmp magnetic poate crea o populație de particule foarte rapide, de exemplu. Majoritatea plasmelor nu sunt suficient de dense pentru ca particulele să se ciocnească între ele foarte des, astfel încât interacțiunile magnetice și electrostatice devin mai importante.
Porbind despre interacțiunile electrostatice, deoarece particulele dintr-o plasmă – electronii și ionii – pot interacționa prin intermediul electricității și magnetismului, acestea pot face acest lucru la distanțe mult mai mari decât un gaz obișnuit. Acest lucru înseamnă, la rândul său, că undele devin mai importante atunci când discutăm despre ceea ce se întâmplă într-o plasmă. Una dintre aceste unde se numește undă Alfvén, denumită după fizicianul suedez și laureat al premiului Nobel Hannes Alfvén. O undă Alfvén apare atunci când câmpul magnetic dintr-o plasmă este perturbat, creând o undă care se deplasează de-a lungul liniilor de câmp. Nu există un analog real al acestui fenomen în gazele obișnuite. Este posibil ca undele Alfvén să fie motivul pentru care temperatura coroanei solare – tot o plasmă – este de milioane de grade, în timp ce la suprafață este de doar câteva mii de grade.
O altă caracteristică a plasmelor este că pot fi ținute în loc de câmpuri magnetice. Cea mai mare parte a cercetărilor privind energia de fuziune se concentrează tocmai pe acest lucru. Pentru a crea condițiile pentru fuziune, este nevoie de plasmă foarte fierbinte – la milioane de grade. Deoarece niciun material nu o poate conține, oamenii de știință și inginerii au apelat la câmpurile magnetice pentru a face treaba.
Plasme în acțiune
Un loc în care puteți vedea plasmele în acțiune este un bec fluorescent sau un semn cu neon. În aceste cazuri, un gaz (neon pentru indicatoare) este supus unei tensiuni înalte, iar electronii sunt fie separați de atomii din gaz, fie împinși la niveluri energetice mai înalte. Gazul din interiorul becului devine o plasmă conductoare. Electronii excitați care revin la nivelurile de energie anterioare emit fotoni – lumina pe care o vedem într-un semn de neon sau într-o lampă fluorescentă.
Televizoarele cu plasmă funcționează în același mod. Un gaz – de obicei argon, neon sau xenon – este injectat într-un spațiu etanș între două panouri de sticlă. Un curent electric este trecut prin gaz, ceea ce face ca acesta să strălucească. Plasma excită fosforii roșii, verzi și albaștri, care se combină pentru a emite culori specifice, potrivit eBay.
O altă utilizare a plasmei este în globurile de plasmă, care sunt pline de amestecuri de gaze nobile care produc culorile „fulgerelor” din interiorul lor atunci când un curent electric ionizează gazul.
Un alt exemplu de plasmă este în aurorele care înconjoară polii atunci când soarele este deosebit de activ. Vântul solar este un flux de particule încărcate (majoritatea protoni), care lovesc câmpul magnetic al Pământului. Aceste particule, fiind încărcate, urmează liniile de câmp magnetic și se deplasează spre poli, unde se ciocnesc cu și excită atomii din aer, în principal oxigen și azot. La fel ca un semn de neon, atomii de oxigen și azot excitați emit lumină.
Follow LiveScience on Twitter @livescience. Suntem, de asemenea, pe Facebook & Google+.