Índice4.Electrões 4H. Thomson, 1896 4a. Fluido Elétrico 5. Linhas de Campo 5H. Faraday 1846 5a-1. Indução EM–1 5a-2. EM Indução–2 6. Ondas EM7. Plasma7a. Lâmpada fluorescente 7H. Langmuir, 19278.Iões Positivos 8H. Arrhenius, 1884 - O plasma é às vezes chamado “o quarto estado da matéria”, além dos familiares três sólidos, líquido e gás. É um gás no qual átomos foram quebrados em elétrons negativos flutuantes e íons positivos, átomos que perderam elétrons e ficaram com uma carga elétrica positiva.
Na atmosfera inferior onde vivemos, qualquer átomo que perca um elétron (digamos, por ser atingido por uma partícula de raio cósmico rápido) logo o recaptura ou um como ele. A situação é bastante diferente a altas temperaturas, como as que existem no Sol. Quanto mais quente o gás, mais rápido os seus átomos e moléculas se movem, e a temperaturas muito altas, as colisões entre átomos tão rápidos são violentas o suficiente para arrancar elétrons. Na atmosfera do Sol, uma grande fração dos átomos em qualquer momento é “ionizada” por tais colisões, e o gás age como um plasma.
Ao contrário dos gases frios (por exemplo, ar à temperatura ambiente), os plasmas conduzem eletricidade e são fortemente afetados por campos magnéticos. A lâmpada fluorescente, amplamente utilizada em casa e no trabalho, contém um gás inerte rarefeito com uma fração de vapor de mercúrio, que produz um plasma quando aquecido e agitado pela eletricidade, a partir da linha de energia à qual a lâmpada está conectada. A linha de alimentação torna uma extremidade electricamente positiva, a outra negativa (ver desenho abaixo) fazendo com que os iões (+) sejam acelerados para a (-) extremidade, e os (-) electrões para a (+) extremidade. As partículas aceleradas ganham energia, colidem com átomos, ejetam elétrons adicionais e assim mantêm o plasma, mesmo que algumas outras partículas se recomponham. As colisões também causam a emissão de luz pelos átomos de mercúrio e, de facto, esta fonte de luz é mais eficiente do que as lâmpadas convencionais. Os letreiros de néon e os postes de iluminação pública funcionam com um princípio semelhante, e alguns dispositivos de plasma são (ou foram) usados em eletrônica.
Como observado, o Sol consiste em plasma. Outro plasma importante na natureza é a ionosfera, começando a cerca de 70-80 km acima do solo. Aqui os elétrons são arrancados de átomos pela luz solar de comprimentos de onda curtos, desde os ultra-violetas até os raios X: eles não se recombinam muito rapidamente porque a atmosfera se torna cada vez mais rarefeita em altas altitudes e as colisões não são freqüentes. A parte mais baixa da ionosfera, a “camada D” a 70-90 km, ainda tem colisões suficientes para causar o seu desaparecimento após o pôr-do-sol. Então os íons e elétrons restantes se recombinam, enquanto na ausência de luz solar, novos íons não são mais produzidos. No entanto, essa camada é restabelecida ao nascer do sol. Acima de 200 km, as colisões são tão pouco frequentes que a ionosfera persiste dia e noite.
A ionosfera do topo estende-se por muitos milhares de km no espaço e funde-se com a magnetosfera, cujos plasmas são geralmente mais rarefeitos mas também muito mais quentes. Os íons e elétrons do plasma da magnetosfera vêm em parte da ionosfera abaixo, em parte do vento solar (próximo parágrafo), e muitos detalhes de sua entrada e aquecimento ainda não estão claros.
Finalmente, existe o plasma interplanetário – o vento solar. A camada mais externa do Sol, a coroa, é tão quente que não só todos os seus átomos são ionizados, mas aqueles que começaram com muitos elétrons têm vários deles (às vezes todos eles) arrancados, incluindo os elétrons mais profundos, que estão mais fortemente ligados. Por exemplo, a luz característica foi detectada na coroa de ferro que perdeu 13 elétrons.
Esta temperatura extrema também impede que o plasma da coroa seja mantido cativo pela gravidade do Sol e, em vez disso, flui em todas as direções, enchendo o sistema solar muito além dos planetas mais distantes conhecidos. Através do vento solar, o Sol forma o campo magnético distante da Terra, e o fluxo rápido do vento (~400 km/s) fornece a energia que, em última análise, alimenta a aurora polar, as faixas de radiação e os fenômenos de tempestade magnética.
Outras Leituras:
A física do plasma é um campo matemático difícil, cujo estudo requer uma compreensão profunda da teoria eletromagnética. Alguns textos universitários sobre eletricidade e magnetismo tratam de aspectos da física dos plasmas, por exemplo, o capítulo 10 de “Eletrodinâmica Clássica” de J.D. Jackson. Perguntas de Usuários:
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