Ver o código fonte de «Plasma (estado da materia)»

{{1000}}
{{Outros homónimos|Plasma}}
{{infobox
| title = Plasma
| data1 = {{nowrap|[[Ficheiro:Lightning3.jpg|180px]] [[Ficheiro:NeTube.jpg|155px]]}}
| data2 = {{nowrap|[[Ficheiro:Plasma-lamp 2.jpg |160px]] [[Ficheiro:Space Shuttle Atlantis in the sky on July 21, 2011, to its final landing.jpg |180px]]}}
| data3 = Arriba: Os [[lóstregos]] e as [[Letreiro de neon|luces de neon]] son xeradores habituais de plasma. Abaixo á esquerda: Unha [[lámpada de plasma]], que ilustra algúns dos fenómenos plasmáticos máis complexos, como a [[#Filamentación|filamentación]]. Abaixo á dereita: Un ronsel de plasma do [[Transbordador espacial]] [[Transbordador espacial Atlantis|''Atlantis'']] durante a reentrada na [[Atmosfera terrestre]], vista desde a [[Estación Espacial Internacional]].
}}
En [[física]] e [[química]], denomínase '''plasma''' (do [[Lingua latina|latín]] ''plasma'' e do [[Lingua grega antiga|grego]] ''πλάσμα'' ‘formación’) ao cuarto [[estado de agregación da materia]], un estado fluído similar ao estado [[gas]]oso pero no que determinada proporción das súas [[Partícula (física)|partículas]] están [[Ionización|eléctricamente cargadas]] (ionizadas) e [[estado excitado|non posúen equilibrio electromagnético]], por iso son bos [[condutor eléctrico|condutores eléctricos]] e as súas partículas responden fortemente ás [[Interacción electromagnética|interaccións electromagnéticas]] de longo alcance.<ref>{{Cita web |url=http://www-istp.gsfc.nasa.gov/Education/Mplasma.html |título=Plasma |data-acceso=7 de outubro de 2022}}</ref> En certa forma e de maneira sintética, o plasma pódese caracterizar como un gas ionizado. 

O plasma ten características propias que non se dan nos [[sólido]]s, [[líquido]]s ou [[gas]]es, polo que é considerado outro estado de agregación da materia. O igual que o gas, o plasma non ten unha forma ou volume definido, a non ser que estea encerrado nun contedor. O plasma baixo a influencia dun campo magnético pode formar estruturas como filamentos, raios e capas dobres.<ref>{{Cita libro |apelidos=Serway |nome=R. A. |título=Fundamentos de física |url=http://books.google.com/books?id=v9QJyC--yaEC |data-acceso=7 de outubro de 2022 |ano=2004 |editorial=Cengage Learning Editores |isbn=9789706863812 |edición=6a |volume=2 |páxina=3 |apelidos2=Faughn |nome2=J.S.}}</ref> Os átomos deste estado móvense libremente; canto máis alta é a temperatura máis rápido se móven os átomos no gas, e no momento de chocar a velocidade é tan alta que se produce un desprendemento de electróns.<ref>Bittencourt, pp. 1-2.</ref>

Quentar un gas pode [[Ionización|ionizar]] as súas moléculas ou átomos (reducindo ou incrementado o seu número de [[electrón|electróns]] para formar [[ión]]s), converténdoo nun plasma.<ref>{{Cita publicación periódica |url=http://www.physics.uiowa.edu/~rmerlino/nishocks.pdf |título=Shock formation in a negative ion plasma |nome=Q-Z |apelidos2=D'Angelo |nome2=N |editorial=Department of Physics and Astronomy |volume=5 |número=8 |data-acceso=7 de outubro do 2022 |apelidos3=Merlino |nome3=R. L. |ano=1998 |apelido1=Luo}}</ref> A ionización tamén pode ser inducida por outros medios, como a aplicación dun forte [[campo electromagnético]] mediante un [[láser]] ou un xerador de [[microondas]], e é acompañado pola disociación dos [[enlace covalente|enlaces covalentes]], se están presentes.<ref name="Sturrock">{{Cita libro |apelidos=Sturrock |nome=Peter A. |título=Plasma Physics: An Introduction to the Theory of Astrophysical, Geophysical & Laboratory Plasmas. |url=https://archive.org/details/plasmaphysicsint0000stur |ano=1994 |editorial=[[Cambridge University Press]] |isbn=0521448107}}</ref>

O plasma é o estado de agregación máis abundante no [[Universo]], e a maior parte da materia visible atópase en estado de plasma, a maioría do cal é o enrarecido plasma intergaláctico (particularmente o centro de intracúmulos) e nas estrelas.<ref>Asegúrase ocasionalmente que máis do 99% da materia no universo visible é plasma. Véxase, por exemplo, {{Cita libro |apelidos=D. A. Gurnett, A. Bhattacharjee |título=Introduction to Plasma Physics: With Space and Laboratory Applications |url=http://books.google.com/?id=VcueZlunrbcC&pg=PA2 |ano=2005 |editorial=Cambridge University Press |isbn=0521364833 |lugar=Cambridge, UK |páxina=2}} e {{Cita libro |autor=K Scherer, H Fichtner, B Heber |título=Space Weather: The Physics Behind a Slogan |ano=2005 |url=http://books.google.com/?id=irHgIUtLi0gC&pg=PA138 |páxina=138 |isbn=3540229078 |editorial=Springer |lugar=Berlin |cita= Esencialmente, toda a luz visible do espazo vén das estrelas, que son plasmas cunha temperatura tal que emiten fortemente radiación en lonxitudes de onda visibles. Con todo, a maioría da materia ordinaria (ou [[Barión|bariónica]]) no universo atópase no [[espazo intergaláctico]], que é tamén un plasma, pero moito máis quente, así que emite radiación primeiramente como raios X. O consenso científico actual é que ao redor do 95% da densidade de enerxía total no universo non é plasma ou calquera outra forma de materia ordinaria, senón unha combinación de [[materia escura fría]] e [[enerxía escura]].}}</ref><ref name="Itptma2013a">{{Cita libro |apelidos=Chu |nome=P.K. |título=Low Temperature Plasma Technology: Methods and Applications |url=https://archive.org/details/lowtemperaturepl0000chup |data=2013 |editorial=CRC Press |isbn=978-1-4665-0990-0 |páxina=[https://archive.org/details/lowtemperaturepl0000chup/page/3 3] |apelidos2=Lu |nome2=XinPel}}</ref>  O plasma asóciase principalmente coas [[estrela (astronomía)|estrelas]].<ref name="Piel2010">{{Cita libro |título=Plasma Physics: An Introduction to Laboratory, Space, and Fusion Plasmas |url=https://books.google.com/books?id=9cA0DwAAQBAJ&pg=PR8 |data=2010 |editorial=[[Springer Nature|Springer]] |isbn=978-3-642-10491-6 |páxinas=4–5 |last=Piel |first=A. |archive-url=https://web.archive.org/web/20160105142523/https://books.google.com/books?hl=en#v=onepage&q&f=false |archive-date=5 de xaneiro de 2016}}</ref>
== Historia ==
[[Ficheiro:Plasma microfields.webm|miniatura|upright|[[campo eléctrico|Microcampos]] de plasma calculados mediante unha [[simulación de N -corpos]]. Obsérvense os electróns de movemento rápido e os ións lentos. Aseméllase a un [[fluído corporal]]]]
O plasma foi identificado por primeira vez no laboratorio por sir [[William Crookes]]. Crookes presentou unha conferencia sobre o que denominou "materia radiante" ante a [[Asociación Británica para o Avance da Ciencia]], en [[Sheffield]], o venres [[22 de agosto]] de [[1879]].<ref>{{Cita web |url=http://www.worldcatlibraries.org/wcpa/top3mset/5dcb9349d366f8ec.html |título=Archived copy |url-arquivo=https://web.archive.org/web/20060709162459/http://www.worldcatlibraries.org/wcpa/top3mset/5dcb9349d366f8ec.html |data-arquivo=9 de xullo de 2006 |data-acceso=6 de outubro do 2022}} {{cita web |url=http://www.tfcbooks.com/mall/more/315rm.htm |title=Radiant Matter |data-acceso=6 de outubro do 2022 |url-status= |archive-url=https://web.archive.org/web/20060613212651/http://tfcbooks.com/mall/more/315rm.htm |archive-date=13 de xuño de 2006 |df= }}</ref> Con todo, os estudos sistemáticos do plasma comezaron coas investigacións de [[Irving Langmuir]] e os seus colegas na década de 1920. Langmuir tamén introduciu o termo "plasma" como descrición do gas ionizado en 1928:<ref name="langmuir1928">{{Cita publicación periódica |título=Oscillations in Ionized Gases |apelidos=Langmuir |nome=I. |publicación=Proceedings of the National Academy of Sciences |volume=14 |número=8 |páxinas=627–637 |bibcode=1928PNAS...14..627L |doi=10.1073/pnas.14.8.627 |pmc=1085653 |pmid=16587379 |ano=1928}}</ref>


{{cita|''Excepto preto dos eléctrodos, onde hai vainas que conteñen moi poucos electróns, o gas ionizado contén ións e electróns nun número case igual, de modo que a carga espacial resultante é moi pequena. Utilizaremos o nome de plasma para describir esta rexión que contén cargas equilibradas de ións e electróns.''}}

Lewi Tonks e Harold Mott-Smith, que traballaron con Langmuir nos anos 20, lembran que Langmuir utilizou por primeira vez o termo por analoxía co [[plasma sanguíneo]].<ref>{{Cita publicación |título=The birth of "plasma" |url=https://archive.org/details/sim_american-journal-of-physics_1967-09_35_9/page/857 |publicación=American Journal of Physics |volume=35 |número=9 |páxinas=857–858 |bibcode=1967AmJPh..35..857T |doi=10.1119/1.1974266 |ano=1967 |first=Lewi |last=Tonks}}</ref><ref>{{Cita libro |apelidos=Brown, Sanborn C. |título=Gaseous Electronics |url=https://books.google.com/books?id=C1UmeQ_E0_AC&pg=PA1 |data=1978 |editorial=Academic Press |isbn=978-0-12-349701-7 |volume=1 |capítulo=Chapter 1: A Short History of Gaseous Electronics |editor1=Hirsh, Merle N. |editor2=Oskam, H. J. |chapter-url=https://books.google.com/books?id=C1UmeQ_E0_AC&pg=PA1 |archive-url=https://web.archive.org/web/20171023230956/https://books.google.co.uk/books?hl=en&lr=&id=C1UmeQ_E0_AC&oi=fnd&pg=PA1&ots=vwabB53YqL&sig=SI8DiBRSQI_yGy_DrspkxNLR0rs#v=onepage&q=blood&f=false |archive-date=23 October 2017}}</ref> Mott-Smith lembra, en particular, que o transporte de electróns dos filamentos termoiónicos lembráballe a Langmuir "a forma en que o plasma sanguíneo transporta os glóbulos vermellos e brancos e os xermes".<ref>{{Cita publicación periódica |título=History of "plasmas" |publicación=Nature |volume=233 |número=5316 |páxina=219 |bibcode=1971Natur.233..219M |doi=10.1038/233219a0 |pmid=16063290 |ano=1971 |first=Harold M. |last=Mott-Smith}}</ref>
== Definicións ==
=== O cuarto estado da materia ===
O plasma é o [[Estado de agregación da materia| cuarto estado da materia]] despois do [[sólido]], o [[líquido]] e o [[gas]].<ref>{{Cita libro |ligazón-autor=David A. Frank-Kamenetskii |título=Plasma-The Fourth State of Matter |url=https://books.google.com/books?id=Q_vpBwAAQBAJ&q=%22Plasma-The+Fourth+State+of+Matter%22+Frank-Kamenetskii |ano=1972 |editorial=Plenum Press |isbn=9781468418965 |lugar=Nova York |edición=3rd |idioma=en |last=Frank-Kamenetskii |first=David A. |archive-url=https://web.archive.org/web/20180115215631/https://books.google.com/books?id=Q_vpBwAAQBAJ&printsec=frontcover&dq=%22Plasma-The+Fourth+State+of+Matter%22+Frank-Kamenetskii&hl=en&sa=X&ved=0ahUKEwi8gerahpbXAhXT31QKHdlfB5oQ6AEIKDAA#v=onepage&q&f=false |archive-date=15 de xaneiro de 2018}}</ref><ref>Yaffa Eliezer, Shalom Eliezer, ''The Fourth State of Matter: An Introduction to the Physics of Plasma'', Publisher: Adam Hilger, 1989, {{ISBN|978-0-85274-164-1}}, 226 páxinas, páxina 5</ref><ref>{{Cita libro |apelidos=Bittencourt, J.A. |título=Fundamentals of Plasma Physics |url=https://books.google.com/books?id=qCA64ys-5bUC&pg=PA1 |data=2004 |editorial=Springer |isbn=9780387209753 |páxina=1 |archive-url=https://web.archive.org/web/20170202072845/https://books.google.com/books?id=qCA64ys-5bUC&pg=PA1 |archive-date=2 February 2017}}</ref> É un estado da materia no que unha substancia ionizada vólvese altamente condutora da electricidade ata o punto de que os [[Electromagnetismo| campos eléctricos e magnéticos]] de longo alcance dominan o seu comportamento.<ref name="Chen, Francis F. 2016 2–3">{{Cita libro |apelidos=Chen, Francis F. |título=Introduction to Plasma Physics and controlled fusion |url=https://books.google.com/books?id=WGbaBwAAQBAJ&q=editions:9PGss7GnX-MC |ano=1984 |editorial=Springer International Publishing |isbn=9781475755954 |páxinas=2–3 |archive-url=https://web.archive.org/web/20180115215631/https://books.google.com/books?id=WGbaBwAAQBAJ&printsec=frontcover&dq=editions:9PGss7GnX-MC&hl=en&sa=X&ved=0ahUKEwimuOfm_pXXAhVrzFQKHTrOCaUQ6AEIKDAA#v=onepage&q&f=false |archive-date=15 de xaneiro de 2018}}</ref><ref name="Freidberg, Jeffrey P. 2008 121">{{Cita libro |apelidos=Freidberg, Jeffrey P. |título=Plasma Physics and Fusion Energy |url=https://books.google.com/books?id=Vyoe88GEVz4C |ano=2008 |editorial=Cambridge University Press |isbn=9781139462150 |páxina=121 |archive-url=https://web.archive.org/web/20161224204205/https://books.google.com/books?id=Vyoe88GEVz4C |archive-date=24 de decembro de 2016}}</ref>
O plasma é tipicamente un medio eléctricamente ''cuasineutral'' de partículas positivas e negativas non ligadas, é dicir, a carga total dun plasma é aproximadamente cero. Aínda que estas partículas non están unidas, non son "libres" no sentido de non experimentar forzas. As partículas cargadas en movemento xeran correntes eléctricas, e calquera movemento dunha partícula de plasma cargada afecta e vese afectada polos campos creados polas outras cargas. Á súa vez, isto goberna o comportamento colectivo con moitos graos de variación.<ref name="Sturrock"/><ref>{{Cita libro |apelidos=Hazeltine, R.D. |título=The Framework of Plasma Physics |data=2004 |editorial=Westview Press |isbn=978-0-7382-0047-7 |author2=Waelbroeck, F.L.}}</ref>

O plasma distínguese dos demais estados da materia. En particular, describir un plasma de baixa densidade como un mero "gas ionizado" é erróneo e enganoso, a pesar de que é similar á fase gasosa no sentido de que ambos non asumen unha forma ou volume definidos. A seguinte táboa resume algunhas das principais diferenzas:
{| class="wikitable"
|-
! Propiedade !! Gas !! Plasma
|-
! Interaccións
| '''Binaria''': As colisións de dúas partículas son a regra, as de tres corpos son extremadamente raras.
| '''Colectiva''': As [[Ondas en plasmas|ondas]], ou movemento organizado do plasma, son moi importantes porque as partículas poden interactuar a grandes distancias a través das forzas eléctricas e magnéticas.
|-
! Conductividade eléctrica
| '''Moi baixa''': Os gases son excelentes illantes ata intensidades de campo eléctrico de decenas de kilovoltios por centímetro.<ref>{{Cita web |url=https://hypertextbook.com/facts/2000/AliceHong.shtml |título=Dielectric Strength of Air |apelido=Hong |nome=Alice |ano=2000 |páxina-web=The Physics Factbook |editor-last=Elert |editor-first=Glenn |access-date=2018-07-06}}</ref>
| '''Moi alta''': Para moitos propósitos, a condutividade dun plasma pode ser tratada como infinita.
|-
! Especies que actúan de forma independente
| '''Un''': Todas as partículas do gas compórtanse de forma similar, influídas en gran medida polas colisións entre elas e pola [[gravidade]].
| '''Dous ou máis''': Os [[electrón]]é e os [[ión| ións]] posúen diferentes [[carga eléctrica|cargas]] e masas moi diferentes, polo que se comportan de forma diferente en moitas circunstancias, xurdindo como resultado diversos tipos de ondas específicas do plasma e inestabilidades.
|-
! Distribución da velocidade
| '''[[Distribución de Maxwell-Boltzmann|Maxwelliano]]''': as colisións xeralmente conducen a unha distribución de velocidade maxwelliana de todas as partículas de gas.
| '''A miúdo non maxwelliano''': As interaccións de colisión son relativamente débiles en plásmalos quentes e as forzas externas poden afastar o plasma do equilibrio local.
|}

=== Plasma ideal ===
Tres factores definen un plasma ideal:<ref name="Hazeltine">{{Cita libro |apelidos=Dendy, R. O. |título=Plasma Dynamics |url=https://books.google.com/books?id=puuQM4Dx0zYC&q=plasma+dynamics+dendy&pg=PR19 |data=1990 |editorial=Oxford University Press |isbn=978-0-19-852041-2 |archive-url=https://web.archive.org/web/20180115215631/https://books.google.com/books?id=puuQM4Dx0zYC&pg=PR19&dq=plasma+dynamics+dendy&hl=en&sa=X&ved=0ahUKEwjlvfbU_JXXAhVJxVQKHVSwC5kQ6AEILTAB#v=onepage&q&f=false |archive-date=15 de xaneiro de 2018}}</ref><ref>{{Cita libro |apelidos=Hastings, Daniel |título=Spacecraft-Environment Interactions |data=2000 |editorial=Cambridge University Press |isbn=978-0-521-47128-2 |author2=Garrett, Henry}}</ref>

* A aproximación do plasma: Aplícase cando o parámetro do plasma '''Λ''',<ref>{{Cita libro |título=Introduction to plasma physics and controlled fusion |url=https://books.google.com/books?id=WGbaBwAAQBAJ&q=editions:9PGss7GnX-MC |data-acceso=7 de outubro do 2022 |data=1984 |editorial=Plenum Press |isbn=978-0306413322 |lugar=Nova York |edición=2nd |oclc=9852700 |last=1929- |first=Chen, Francis F. |data-arquivo=https://web.archive.org/web/20180115215631/https://books.google.com/books?id=WGbaBwAAQBAJ&printsec=frontcover&dq=editions:9PGss7GnX-MC&hl=en&sa=X&ved=0ahUKEwimuOfm_pXXAhVrzFQKHTrOCaUQ6AEIKDAA#v=onepage&q&f=false}}</ref> que representa o número de portadores de carga dentro da [[Lonxitude de Debye|esfera de Debye]] é moito maior que a unidade.<ref name="Chen, Francis F. 2016 2–3" /><ref name="Freidberg, Jeffrey P. 2008 121" />  Pódese demostrar facilmente que este criterio é equivalente á pequeñez da relación das densidades de enerxía electrostática e térmica do plasma. Tales plasmas denomínanse debilmente axustados.<ref>{{Cita libro |apelidos=Fortov |nome=Vladimir E |título=The Physics of Non-Ideal Plasma |url=http://www.worldscientific.com/worldscibooks/10.1142/3634 |data=novembro de 1999 |editorial=WORLD SCIENTIFIC |isbn=978-981-02-3305-1 |doi=10.1142/3634 |apelidos2=Iakubov |nome2=Igor T |data-acceso=7 de outubro do 2022}}</ref>
* Interaccións a granel: A lonxitude de Debye é moito menor que o tamaño físico do plasma. Este criterio significa que as interaccións no groso do plasma son máis importantes que as dos seus bordos, onde poden ter lugar efectos de fronteira. Cando se cumpre este criterio, o plasma é cuasineutral.<ref>{{Cita web |url=http://www.plasma-universe.com/Quasi-neutrality |título=Quasi-neutrality - The Plasma Universe theory (Wikipedia-like Encyclopedia) |páxina-web=www.plasma-universe.com |idioma=en |url-arquivo=https://web.archive.org/web/20171026001653/http://www.plasma-universe.com/Quasi-neutrality |data-arquivo=26 de outubro de 2017 |access-date=2017-10-25}}</ref>
* Sen colisións: A frecuencia do plasma de electróns (que mide as oscilacións dos electróns no plasma) é moito maior que a frecuencia de colisión electrón-neutral. Cando esta condición é válida, as interaccións electrostáticas dominan sobre os procesos da cinética ordinaria do gas. Tales plasmas denomínanse sen colisións.<ref>{{Cita publicación |url=http://iopscience.iop.org/article/10.1070/PU1997v040n01ABEH000200/meta |título=Physics of collisionless plasma |data= 31 de xaneiro de 1997 |publicación=Physics-Uspekhi |volume=40 |número=1 |páxinas=21–51 |issn=1063-7869 |doi=10.1070/PU1997v040n01ABEH000200 |last=Klimontovich |first=Yu L. |access-date=2021-03-19}}</ref>
=== Plasma non neutro ===
A forza e o alcance da forza eléctrica e a boa condutividade dos plasmas adoitan asegurar que as densidades das cargas positivas e negativas en calquera rexión considerable son iguais ("cuasineutralidade"). Un plasma cun exceso significativo de densidade de carga ou, no caso extremo, composto por unha soa especie, denomínase [[plasma non neutro]]. Nun plasma deste tipo, os campos eléctricos desempeñan un papel dominante. Algúns exemplos son os feixes de partículas (en inglés ''Particle beam'') cargadas, unha nube de electróns nunha [[trampa de Penning]] e os plasmas de positróns.<ref>{{Cita publicación |título=Creation and uses of positron plasmas |apelidos=Greaves |nome=R. G. |apelidos2=Tinkle |nome2=M. D. |publicación=Physics of Plasmas |volume=1 |número=5 |páxinas=1439 |bibcode=1994PhPl....1.1439G |doi=10.1063/1.870693 |apelidos3=Surko |nome3=C. M. |ano=1994}}</ref>
=== Plasma poeirento ===
Un plasma poeirento contén diminutas partículas de po cargadas (tipicamente atopadas no espazo). As partículas de po adquiren altas cargas e interactúan entre si. Un plasma que contén partículas máis grandes chámase plasma de gran. En condicións de laboratorio, os plasmas poeirentos tamén se denominan plasmas complexos.<ref>{{Cita publicación periódica |título=Complex plasmas: An interdisciplinary research field |apelidos=Morfill |nome=G. E. |apelidos2=Ivlev |nome2=Alexei V. |data=2009 |publicación=Reviews of Modern Physics |volume=81 |número=4 |páxinas=1353–1404 |bibcode=2009RvMP...81.1353M |doi=10.1103/RevModPhys.81.1353}}</ref>

== Exemplos de plasmas ==
[[Ficheiro:Sun920607.jpg|miniatura|O [[sol]] é o exemplo de plasma máis identificable.]]
Algúns exemplos de plasmas son:<ref>[http://www.plasmas.com/topics.htm Plasma science and technology] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20150509000626/http://www.plasmas.com/topics.htm |date=09 de maio de 2015 }} {{en}}</ref>

{| class="wikitable"
|+ Formas comúns de plasma
|-
! Producidos artificialmente
! style="width: 11em;"|Plasmas [[Terra|terrestres]]
! style="width: 18em;"|Plasmas [[Espazo exterior|espaciais]] e [[astrofísica|astrofísicos]]:
|- style="vertical-align: top;"
|
* Nos televisores ou monitores con [[pantalla de plasma]].
* No interior dos [[luminaria fluorescente|tubos fluorescentes]] (iluminación de baixo consumo).<ref>[http://ippex.pppl.gov/fusion/glossary.html IPPEX Glossary of Fusion Terms] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080308225731/http://ippex.pppl.gov/fusion/glossary.html |date=08 de marzo de 2008 }} {{en}} Consultado o 28 de outubro de 2011.</ref>
* En soldaduras de arco eléctrico baixo protección por gas (TIG, MIG/MAG etc.)
* Materia expulsada para a propulsión de [[foguete espacial|foguetes]].
* A rexión que arrodea o [[escudo térmico]] dunha [[nave espacial]] durante a súa entrada na [[atmosfera terrestre|atmosfera]].
* O interior dos reactores de [[fusión nuclear|fusión]].
* As [[descarga electrostática|descargas eléctricas]] de uso industrial.
* As [[lámpada de plasma|lámpadas de plasma]].
|
* Os [[Raio (descarga eléctrica)|raios]] durante unha tormenta.
* Os [[fogo de santelmo|santelmos]].
* A [[ionosfera]].
* A [[aurora polar]].
* Algunhas [[lapa (química)|lapas]].<ref>"[http://www.plasmacoalition.org/plasma_writeups/flame.pdf Plasma and Flames&nbsp;– The Burning Question]", {{en}} Consultado o 8 de novembro de 2012</ref>
* O vento polar, unha fonte de plasma.
|
* O [[Sol]] e outras [[estrela (astronomía)|estrelas]] (Plasmas quentados por [[fusión nuclear]]).
* Os [[vento solar|ventos solares]].
* O [[medio interplanetario]] (a materia entre os [[planeta]]s do [[Sistema Solar]]), o [[medio interestelar]] (a materia entre as [[estrela (astronomía)|estrelas]]) e o [[espazo intergaláctico|medio intergaláctico]] (a materia entre as [[galaxia]]s).
* Os [[disco de acreción|discos de acreción]].
* As [[nebulosa]]s intergalácticas.
* O [[ambiplasma]]
|}

== Propiedades e parámetros ==
[[Ficheiro:plasma fountain.gif|miniatura|upright|Representación artística da fonte de plasma da [[Terra]], que mostra ións de [[osíxeno]], [[helio]] e [[hidróxeno]] que brotan ao espazo desde rexións próximas aos polos. A área lixeiramente amarela que se mostra sobre o polo norte representa o gas perdido pola Terra ao espazo; a zona verde é a [[aurora polar|aurora boreal]], onde a enerxía do plasma flúe de volta á atmosfera.<ref>Plasma fountain [http://pwg.gsfc.nasa.gov/istp/news/9812/solar1.html Source], press release: [http://pwg.gsfc.nasa.gov/istp/news/9812/solarwind.html Solar Wind Squeezes Some of Earth's Atmosphere into Space]</ref>]]
===Densidade e grao de ionización===
Para que exista plasma é necesaria a [[ionización]]. O termo "densidade do plasma" en por si adoita referirse á densidade de electróns <math>n_e</math>, é dicir, o número de electróns que achegan carga por unidade de volume. O grao de ionización <math>\alpha</math> defínese como fracción de partículas neutras que están ionizadas:

<math display="block">\alpha = \frac{n_i}{n_i + n_n},</math>

onde <math>n_i</math>> é a densidade iónica e <math>n_n</math> a densidade neutra (en número de partículas por unidade de volume). No caso de materia totalmente ionizada, <math>\alpha = 1</math>. Debido á cuasineutralidade do plasma, as densidades electrónica e iónica están relacionadas por <math>n_e = \langle Z_i\rangle n_i</math>, onde <math>\langle Z_i\rangle</math> é a carga iónica media (en unidades da [[Carga eléctrica|carga elemental]]).
===Temperatura===
A temperatura do plasma, comunmente medida en [[kelvin]] ou [[Electrón-volt|electronvoltios]], é unha medida da enerxía cinética térmica por partícula. Normalmente necesítanse altas temperaturas para manter a ionización, que é unha característica definitoria dun plasma. O grao de ionización do plasma vén determinado pola [[Parámetros de plasma|temperatura do electrón]] en relación coa [[enerxía de ionización]] (e máis debilmente pola densidade). En [[equilibrio térmico]], a relación vén dada pola [[ecuación de Saha]]. A baixas temperaturas, ións e electróns tenden a recombinarse en estados ligados -átomos<ref name="Nicholson">{{cita libro |title=Introduction to Plasma Theory |url=https://archive.org/details/introductiontopl0000nich |last=Nicholson |first= Dwight R. |date=1983 |publisher=John Wiley & Sons |isbn=978-0-471-09045-8}}</ref>— e o plasma acabará converténdose en gas.

Na maioría dos casos, os electróns e as partículas pesadas do plasma (ións e átomos neutros) teñen por separado unha temperatura relativamente ben definida; é dicir, a súa [[Función de distribución (física)|función de distribución]] enerxética aproxímase a unha [[Distribución de Maxwell-Boltzmann|distribución maxwelliana]] mesmo en presenza de fortes campos [[campo eléctrico|eléctricos]] ou [[campo magnético|magnéticos]]. Con todo, debido á gran diferenza de masa entre electróns e ións, as súas temperaturas poden ser diferentes, ás veces de forma significativa. Isto é especialmente común en plasmas tecnolóxicos debilmente ionizados, onde os ións adoitan estar preto da [[temperatura ambiente]] mentres que os electróns alcanzan miles de kelvin.<ref>{{Cita libro |last=Hamrang |first=Abbas |title=Advanced Non-Classical Materials with Complex Behavior: Modeling and Applications, Volume 1 |publisher=CRC Press |year=2014 |pages=10}}</ref> O caso oposto é o plasma [[z-pinch]] onde a temperatura dos ións pode superar á dos electróns.<ref>{{Cita xornal| doi = 10.1063/5.0009432| issn = 1070-664X| volume = 27| issue = 6| pages = 060901| last = Maron| first = Yitzhak| title = Experimental determination of the thermal, turbulent, and rotational ion motion and magnetic field profiles in imploding plasmas| xornal = Physics of Plasmas| data = 2020-06-01| bibcode = 2020PhPl...27f0901M}}</ref>
===Potencial plasmático===
[[Ficheiro:Bliksem in Assen.jpg|thumb|upright=1.4|[[Raio (descarga eléctrica)|Raios]] como exemplo de plasma presente na superficie terrestre:
Normalmente, os raios descargan 30 kiloamperios con ata 100 megavoltios, e emiten ondas de radio, luz, raios X e mesmo raios gamma.<ref>{{Cita web | author= NASA Administrator |date=2013-06-07 |title=Flashes in the Sky: Earth's Gamma-Ray Bursts Triggered by Lightning |url=http://www.nasa.gov/vision/universe/solarsystem/rhessi_tgf.html |access-date=2023-02-10 |website=NASA |language=en}}</ref> As temperaturas do plasma poden achegarse aos 30000 K e as densidades de electróns poden superar os 10<sup>24</sup> m<sup>−3</sup>.]]
Dado que os plasmas son moi bos [[condutor eléctrico|condutores eléctricos]], os potenciais eléctricos xogan un papel importante.{{Clarificar}} O potencial medio no espazo entre partículas cargadas, independentemente de como se poida medir, denomínase "potencial plasmático", ou "potencial espacial". Se se insere un eléctrodo nun plasma, o seu potencial xeralmente estará considerablemente por baixo do potencial do plasma debido ao que se denomina [[vaina de Debye]]. A boa condutividade eléctrica dos plasmas fai que os seus campos eléctricos sexan moi pequenos. Isto dá lugar ao importante concepto de "cuasineutralidade", que di que a densidade de cargas negativas é aproximadamente igual á densidade de cargas positivas en grandes volumes do plasma (<math>n_e = \langle Z\rangle n_i</math>), pero na escala da [[lonxitude de Debye]], pode haber desequilibrio de cargas. No caso especial de que se forme ''[[Dobre capa (plasma)|dobre capa]]'', a separación de cargas pode estenderse unhas decenas de lonxitudes Debye.<ref>{{Cita xornal| doi = 10.1007/BF00642580 | issn = 1572-946X| volume = 55| issue = 1| pages = 59–83| last = Block| first = Lars P.| title = A double layer review| xornal = Astrophysics and Space Science| accessdate = 2021-07-15| data = 1978| url = https://doi.org/10.1007/BF00642580}}</ref>

A magnitude dos potenciais e dos campos eléctricos debe determinarse por outros medios que non sexan simplemente achar a [[Carga eléctrica#densidade de carga|densidade de carga]] neta. Un exemplo común é supor que os electróns satisfán a [[relación de Boltzmann]]:

<math display=«block»>n_e \propto \exp(e\Phi/k_\text{B} T_e).</math>

A diferenciación desta relación proporciona un medio para calcular o campo eléctrico a partir da densidade:
<math display=«block»>\vec{E} = \frac{k_\text{B} T_e}{e} \frac{\nabla n_e}{n_e}.</math>

É posible producir un plasma que non sexa cuasineutral. Un feixe de electróns, por exemplo, só ten cargas negativas. A densidade dun plasma non neutro debe ser xeralmente moi baixa, ou debe ser moi pequena, pola contra, disiparase pola [[Lei de Coulomb|forza electrostática]] repulsiva.

=== Definición ===
O plasma descríbese como un medio eléctricamente neutro de partículas positivas e negativas (é dicir, a carga total dun plasma é aproximadamente cero). É importante ter en conta que, aínda que non teñen límites, estas partículas non son "libres". Cando as cargas se moven, xeran correntes eléctricas con campos magnéticos e, como resultado, cada unha é afectada polos campos das outras. Isto determina un comportamento colectivo con moitos graos de liberdade.<ref name="Sturrock"/><ref>{{cita libro|título=The Framework of Plasma Physics |autor =Hazeltine, R.D.; Waelbroeck, F.L. |ano=2004 |publicación=Westview Press. |isbn=0738200476 }}</ref> Unha definición pode ter tres criterios:<ref name="Hazeltine"/><ref>{{cita libro|autor =Daniel Hastings, Henry Garrett|título=Spacecraft-Environment Interactions|isbn=0521471281|publicación=Cambridge University Press|ano=2000}}</ref>

# A '''Aproximación do plasma''': as partículas cargadas deben estar o suficientemente próximas entre si para que cada unha inflúa en moitas partículas cargadas nas súas proximidades, no canto de interactuar só coa máis próxima (estes efectos colectivos son característicos do plasma). A aproximación do plasma é válida cando o número de portadores de carga dentro da esfera de influencia (chamada '''esfera de Debye''', cuxo raio é a [[lonxitude de Debye]]) dunha partícula particular é maior que unha unidade, polo que hai un comportamento colectivo das partículas cargadas. O número médio de partículas na esfera de Debye é representado polo parámetro do plasma "Λ" (a letra [[Alfabeto grego|grega]] [[lambda]]).
# '''interaccións de volume''': a lonxitude de Debye (definida anteriormente) é pequena en comparación co tamaño físico do plasma. Este criterio significa que as interaccións dentro do plasma son máis importantes que nos bordos, onde se poden producir efectos límite. Cando se cumpre este criterio, o plasma é practicamente neutro.
# '''frecuencia do plasma''': a frecuencia dos electróns do plasma (que mide a oscilación da densidade electrónica do plasma) é alta en comparación coa frecuencia das colisións entre electróns e partículas neutras. Cando se dá esta condición, as interaccións electrostáticas predominan sobre os procesos cinéticos normais dos gases.

=== Propiedades do plasma ===
* É electricamente neutro, neutralidade garantida polo equilibrio das partículas compoñentes do plasma. Resumidamente, o seu número de [[neutrón]]s, [[protón]]s e [[electrón]]s é igual.
* O plasma é óptimo [[condutor eléctrico]], unha vez que posúe gran cantidade de electróns libres.
* O plasma preséntase como un óptimo [[condutor de calor]].
* O plasma é fonte de [[campo electromagnético|ondas electromagnéticas]]. Estando o plasma suxeito a un [[campo magnético]], este induce un [[campo eléctrico]] e viceversa. Nótase que, no caso do [[Sol]], o [[campo electromagnético]] é tan intenso que influencia dispositivos sensíbeis a estes campos, como [[Satélite de comunicacións|satélites de comunicacións]] por exemplo e tamén orixina fenómenos interesantes como a [[aurora boreal]].

=== Parámetros dun plasma ===
Posto que existen plasmas en contextos moi diferentes e con características diversas, a primeira tarefa da física do plasma é definir apropiadamente os parámetros que deciden o comportamento dun plasma. Os principais parámetros son os seguintes:

==== Neutralidade e especies presentes ====
O plasma está formado por igual número de cargas positivas e negativas, o que anula a carga total do sistema. Nese caso fálase dun plasma neutro ou case neutro. Tamén existen plasmas non neutros ou inestables, como o fluxo de electróns dentro dun [[acelerador de partículas]], pero requiren algún tipo de confinamento externo para vencer as forzas de repulsión electrostática.

Os plasmas máis comúns son os formados por [[electrón]]s e [[ión]]s. En xeral pode haber varias especies de ións dentro do plasma, como [[molécula]]s ionizadas positivas ([[catión]]s) e outras que capturaron un electrón e achegan unha carga negativa ([[anión]]s).

==== Lonxitudes ====
A [[lonxitude de Debye]] ou de apantallamento electromagnético.<ref>Bittencourt, pp. 7-8</ref> Tamén a lonxitude dunha onda plasmática depende do contido cóncavo do seu recipiente, o cal inflúe porque o seu paralelismo con respecto do eixo x sobre a terra afecta a lonxitude da devandita onda de espectro electromagnético.

==== A frecuencia de plasma ====
Así como a lonxitude de Debye proporciona unha medida das lonxitudes nun plasma, a frecuencia de plasma (<math>\omega_p</math>) describe os seus tempos característicos. Se se supón que nun plasma en equilibrio e sen densidades de carga se introduce un pequeno desplazamento de todos os electróns nunha dirección. Estes sentirán a atracción dos ións na dirección oposta, moveranse cara a ela e comezarán a oscilar arredor da súa posición orixinal de equilibrio. A frecuencia desa oscilación denomínase frecuencia de plasma. A frecuencia de plasma dos electróns é:<ref>Bittencourt, p. 10</ref>

:<math>\omega_{pe} = (n_e e^2/m_e\varepsilon_0)^{1/2} \,</math>

onde <math>m_e</math> é a masa do electrón e <math>e</math> a súa [[carga eléctrica|carga]].

==== Temperatura: velocidade térmica ====
[[Ficheiro:Cloud-to-ground lightning in Spain.jpg|miniatura|Os [[lóstrego]]s son un plasma que acada unha temperatura de 27&nbsp;000&nbsp;°C.]]
Polo xeral as partículas dunha determinada especie localizadas nun punto dado non teñen a mesma velocidade: presentan polo contrario unha distribución que no equilibrio térmico se describe pola [[estatística de Maxwell-Boltzmann|distribución de Maxwell-Boltzmann]]. A maior temperatura, maior será a dispersión de velocidades (máis larga será a curva que a representa).
 
Unha medida desa dispersión é a velocidade cuadrática media que, no equilibrio, se denomina tamén velocidade térmica. A temperatura que correspondería a unha velocidade cuadrática media determinada. A velocidade térmica dos electróns é:

:<math>v_{Te} = (kT_e/m_e)^{1/2} \,</math>

==== O parámetro de plasma ====
O parámetro de plasma (<math>\Gamma</math>) expresa o número medio de partículas contidas nunha esfera con raio a lonxitude de Debye (esfera de Debye). A definición de plasma, segundo a que a interacción electromagnética dunha partícula coa multitude de partículas distantes domina sobre a interacción cos poucos veciños próximos, pode escribirse en función do parámetro de plasma como <math>\Gamma \gg 1</math>.<ref>Sturrock, pp. 11-14</ref><ref>Chen, p. 11</ref> É dicir, hai un gran número de partículas contidas nunha esfera de Debye. É común referirse a esta desigualdade como "condición de plasma".

Algúns autores adoptan unha definición inversa do parámetro de plasma (<math>g=1/\Gamma</math>), co que a condición de plasma resulta ser <math>g \ll 1</math>.<ref>Bittencourt, p. 9</ref>

O parámetro de plasma dos electróns é:

:<math>\Gamma = (4\pi/3)n_e\lambda_D^3 \,</math>

== Modelos teóricos ==

Tras coñecer os valores dos parámetros descritos na sección anterior, o estudoso dos plasmas deberá escoller o modelo máis apropiado para o fenómeno que lle ocupe. As diferenzas entre diferentes modelos residen no detalle co que describen un sistema, de modo que se pode establecer así xerarquía na que descricións de nivel superior dedúcense das inferiores tras asumir que algunhas das variables compórtanse de forma prescrita. Estas asuncións ou aproximacións razoables non son estritamente certas pero permiten entender fenómenos que serían difíciles de tratar en modelos máis detallados.

Por suposto, non todas as especies han de ser descritas dunha mesma forma: por exemplo, debido a que os ións son moito máis pesados que os electróns, é frecuente analizar a dinámica dos últimos tomando aos ións como inmóbiles ou estudar os movementos dos ións supoñendo que os electróns reaccionan moito máis rápido e polo tanto están sempre en [[Termodinámica de equilibrio|equilibrio termodinámico]].

Posto que as forzas electromagnéticas de longo alcance son dominantes, todo modelo de plasma estará axustado ás [[ecuacións de Maxwell]],<ref>Chen, pp. 54-55.</ref> que determinan os campos electromagnéticos a partir das cargas e correntes no sistema.

Os modelos fundamentais máis usados na física do plasma, listaxes en orde decrecente de detalle, é dicir de microscópicos a macroscópicos, son os modelos discretos, os modelos cinéticos continuos e os modelos de fluídos ou hidrodinámicos.
=== Modelos discretos ===

O máximo detalle na modelaxe dun plasma consiste en describir a dinámica de cada unha das súas partículas segundo a [[leis de Newton|segunda lei]] de [[Isaac Newton|Newton]]. Para facer isto con total exactitude nun sistema de <math>N</math> partículas teriase que calcular da orden de <math>N^2</math> interaccións. Na gran maioría dos casos, isto excede a capacidade de cálculo dos mellores ordenadores actuais.

Con todo, grazas ao carácter colectivo do plasma, reflectido na condición de plasma, é posible unha simplificación que fai moito máis manexable o cálculo. Esta simplificación é a que adoptan os chamados modelos numéricos ''Particle-In-Cell (PIC; Partícula-En-Cela)'': o espazo do sistema divídese nun número non moi grande de pequenas celas.<ref>{{Cita libro |apelidos=Büchner |nome=J. |título=Space plasma simulation |url=http://books.google.com/books?id=u5NciOSjaBwC |data-acceso=26 de outubro do 2022 |ano=2003 |editorial=Springer |isbn=9783540006985 |páxina=1 |idioma=inglés |apelidos2=Dum |nome2=C. T. |outros=Ilustrada}}</ref><ref>{{Cita publicación periódica |url=http://link.aps.org/doi/10.1103/RevModPhys.55.403 |título=Particle simulation of plasmas |apelidos=Dawson |nome=J. M. |publicación=Rev. Mod. Phys. |volume=55 |número=2 |páxinas=403-447 |ano=1983}}</ref> En cada instante da evolución cóntase o número de partículas e a velocidade media en cada cela, co que se obteñen densidades de carga e de corrente que, inseridas nas [[ecuacións de Maxwell]] permiten calcular os campos electromagnéticos. Tras iso, calcúlase a forza exercida por estes campos sobre cada partícula e actualízase a súa posición, repetindo este proceso tantas veces como sexa oportuno.

Os modelos ''PIC'' gozan de gran popularidade no estudo de plasmas a altas temperaturas, nos que a velocidade térmica é comparable ao resto de velocidades características do sistema.
=== Modelos cinéticos continuos ===
Cando a densidade de partículas do plasma é suficientemente grande é conveniente reducir a distribución das mesmas a unha [[función de distribución]] promediada.<ref>Chen, p. 225.</ref> Esta representa a densidade de partículas contida nunha rexión infinitesimal do [[espazo fásico|espazo de fases]], é dicir o espazo cuxas coordenadas son posicións e [[cantidade de movemento|cantidades de movemento]]. A ecuación que goberna a evolución temporal das funcións de distribución é a [[ecuación de Boltzmann]]. No caso particular no que as colisións son desprezables a ecuación de Boltzmann redúcese á [[Ecuación de Vlasov]], demostrada por [[Anatoly Vlasov]].<ref>Chen, pp. 230-236.</ref>

Os modelos físicos cinéticos adoitan empregarse cando a densidade numérica de partículas é tan grande que unha modelaxe discreta resulta inabordable. Por outra banda, os modelos cinéticos constitúen a base dos estudos analíticos sobre plasmas quentes.
=== Modelos de fluídos ou hidrodinámicos ===

Para plasmas a baixas temperaturas, nos que estudamos procesos cuxas velocidades características son moito maiores que a velocidade térmica do plasma, podemos simplificar o modelo e supoñer que todas as partículas dunha especie nun punto dado teñen igual velocidade ou que están suficientemente preto do equilibrio como para supoñer que as súas velocidades seguen a [[Estatística de Maxwell-Boltzmann|distribución de Maxwell-Boltzmann]] cunha velocidade media dependente da posición.{{cita requirida}} Entón pódense derivar unhas ecuacións de fluídos para cada especie que, na súa forma máis xeral, son chamadas [[ecuacións de Navier-Stokes]]. Lamentablemente en moitos casos estas ecuacións son excesivamente complexas e inmanexables; hai que recorrer entón a simplificacións adicionais.

== Experiencias con plasma ==
O plasma tamén pode existir en baixas temperaturas, como exemplos podemos citar [[lámpada fluorescente]]...

== Notas ==
{{Listaref|30em}}

== Véxase tamén ==
{{Commonscat}}
=== Bibliografía ===
* {{Cita libro |apelidos=Bittencourt |nome=J. A. |título=Fundamentals of plasma physics |url=http://books.google.com/books?id=qCA64ys-5bUC |data-acceso=7 de outubro de 2022 |ano=2004 |editorial=Springer |isbn=9780387209753 |edición=3a |páxina=678 |idioma=inglés |outros=Ilustrada}}
* {{Cita libro |apelidos=Chen |nome=Francis F. |título=Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion: Plasma physics |url=http://books.google.com/books?id=ToAtqnznr80C |data-acceso=7 de outubro de 2022 |ano=1984 |editorial=Springer |isbn=9780306413322 |edición=2a |volume=1 |páxina=421 |idioma=inglés |outros=Ilustrada, reimpresa}}
* {{Cita libro |apelidos=Sturrock |nome=P. A. |título=Plasma physics: an introduction to the theory of astrophysical, geophysical, and laboratory plasmas |url=http://books.google.com/books?id=jsMFNi2xQzkC |data-acceso=7 de outubro de 2022 |ano=1994 |editorial=Cambridge University Press |isbn=9780521448109 |edición=3a |páxina=335 |idioma=inglés |outros=Ilustrada}}

=== Outros artigos ===
* [[Estado de agregación da materia]]
* [[Gas]]
* [[Institute of Electrical and Electronics Engineers]]
* [[Líquido]]
* [[Sólido]]

=== Ligazóns externas ===
*Introdución á Física do Plasma: [https://web.archive.org/web/20100104142353/http://farside.ph.utexas.edu/teaching/plasma/lectures/lectures.html Curso de posgrao impartido por Richard Fitzpatrick]|[http://silas.psfc.mit.edu/introplasma/index.html M.I.T. Introdución por I.H.Hutchinson]
*[https://web.archive.org/web/20050308192828/http://starfire.ne.uiuc.edu/ Plasma Material Interaction]
*[http://c3po.barnesos.net/homepage/lpl/grapeplasma/ How to make a glowing ball of plasma in your microwave with a grape] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20050906205014/http://c3po.barnesos.net/homepage/lpl/grapeplasma/ |date=06 de setembro de 2005 }}|[http://stewdio.org/plasma/ More (Video)] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20060503180559/http://stewdio.org/plasma/ |date=03 de maio de 2006 }}
*[http://comphys.narod.ru OpenPIC3D&nbsp;– 3D Hybrid Particle-In-Cell simulation of plasma dynamics]
*[http://plasma-gate.weizmann.ac.il/pf/ Plasma Formulary Interactive]
{{Estados da materia}}
{{Control de autoridades}}

[[Categoría:Estados da materia]]
[[Categoría:Artigos que toda Wikipedia debería ter (Ciencia)]]