plasma

PLASMA ,
El Cuarto Estado de la Materia
Isabel Tanarro
Dpto. de Física Molecular
Inst. Estructura de la Materia
http://hdl.handle.net/10261/42203

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Esquema de la presentación
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Introducción y concepto de Plasma
Procesos más importantes en el interior del Plasma
Plasmas en la naturaleza
Aplicaciones tecnológicas de los Plasmas

DemostracionesExperimentales
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Plasma es la materia “conocida”
más abundante del Universo (> 99%)
Sol, Estrellas, Nebulosas…

SOL ≈ 98% Masa del Sistema Solar

Fácilmente detectable a distancia
¡Todos los plasmas emiten luz!
¡ y casi todo lo que emite luz es plasma !

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Los PLASMAS en la TIERRA son mucho más escasos,
y efímeros que Sólidos, Líquidos y Gases.

“CUARTO ESTADO DE LA MATERIA”
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¿QUÉES EL PLASMA?
Diccionario de la RAE
“Materia Gaseosa Fuertemente Ionizada,
con Igual Número de Cargas Eléctricas Libres
Positivas y Negativas”
( iones + / −, electrones − )

Denominado Plasma por 1ª vez en 1920
por Irving Langmuir, Nobel de Química (1932).
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PRIMEROS ESTUDIOS DE PLASMAS
Benjamin Franklin (1752) :
Experimento del rayo y la cometa
⇒ origen eléctrico del rayo.

B.Franklin

Michael Faraday (1820):
Descargas en arco: al bajar la presión
pasaban a emitir una luz difusa.
M. Faraday
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William Crookes (∼1880):
Estudio de descargas eléctricas a baja presión.
Nombró al plasma “GAS RADIANTE”.
Identificó unas partículas en el plasma,
que llamó rayos catódicos (electrones).
W. Crookes

Joseph J. Thomson (~ 1897):
Desviación de rayos catódicos concampos
electromagnéticos (origen del televisor) ⇒
Carga del electrón y su procedencia del interior
del átomo. Primer modelo atómico.

J. J. Thomson
(P. Nobel Física 1906)
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¿Cómo generar un Plasma?
Descargas eléctricas en gases a baja presión

Célula de Descarga
y Bomba de Vacío
(1880)

Alto Voltaje entre los electrodos ≈ 1000 V
Baja Presión ≈ 0.001 Atm ≈ 25 × 1015 moléculas/cm38

Aspectos de un plasma de aire
en un tubo de descarga.

Descarga de aire a baja presión
ÁNODO ( + )

CÁTODO ( ─ )

Lab. de Plasmas Fríos, Inst. Estructura de la Materia, CSIC

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Clases de Materia
La clasificación de los cuatro elementos clásicos griegos
Tierra, Agua, Aire, Fuego
data de ∼ 450 a. C. y persistió hasta el Renacimiento.

También aparece en otras culturas,
comoel Budismo o el Hinduismo
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Actualmente …

ESTADOS de AGREGACIÓN

SÓLIDO

LÍQUIDO

GAS

Aporte de Energía Calorífica ⇒
Aumento de Temperatura
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GAS

PLASMA

Más Energía

Ionización

Eléctrica
Térmica
Luminosa
Química
Nuclear

Cargas Libres ⇒
¡ Al contrario que el Gas,
el Plasma es buen
conductor eléctrico !
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Otras diferencias entre Gases y PlasmasGASES
• Comportamiento independiente de las Partículas Neutras
• Transferencia de Energía por Colisiones Individuales

Partícula neutra
( choques individuales )

Carga eléctrica
( acción a distancia )

PLASMAS
• Comportamiento Colectivo de Iones y Electrones.
• Responden a Fuerzas Electro-Magnéticas
• Se pueden confinar lejos de las paredes
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Bolas de Plasma

Inventadas porNicola Tesla (1894)

B. Parker, MIT
(1990)

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2ª Parte
PROCESOS MÁS IMPORTANTES EN UN PLASMA
1. Ionización
Fenómeno desencadenante del plasma.
e-

+

e-

e-

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2. Como consecuencia …

_

• Los electrones liberados en la
ionización pueden ser acelerados por
campos electro-magnéticos externos
y GANAN ENERGÍA.

+
e-

• Sucesivos choques ⇒ ionización en cadena.
Seestablece una corriente eléctrica.

• Pero si cesa el aporte de energía, las cargas +/- se recombinan
y el plasma se extingue rápidamente.

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3. Otros procesos
• Excitación atómica interna por
impacto electrónico
¡ Solo con electrones de
energías bien definidas !

e-

• Desexcitación y emisión de
fotones de energías concretas.

¡ Los plasmas emiten luz, cuyo análisis permite...