Tarea

Plasma, cuarto estado de la materia

Estamos acostumbrados a hablar nada más que de tres estados: sólido, líquido y gaseoso, en circunstancia que la materia existe en el universo en un 99% en estado de plasma. Son numerosas las aplicaciones tecnológicas que presentan los plasmas, especialmente en el campo energético.
Se estima que la materia se encuentra en el universo en un 99% en estado deplasma. El plasma es un gas en el que los átomos se encuentran disociados en electrones con carga eléctrica negativa y iones con carga eléctrica positiva.

Así, la materia intergaláctica, interiores estelares, el sol y otras estrellas son plasmas. Por esta razón, el plasma es considerado actualmente el cuarto estado de la materia, es decir, la materia en estado natural se encuentra en forma desólidos, líquidos, gases y predominantemente plasmas. Incluso tan pronto nos alejamos de la atmósfera terrestre, nos encontramos con materia en estado de plasma que comprende la magnetosfera, los cinturones de radiación de Van Allen y el viento solar. En la Tierra misma nuestro contacto con los plasmas se limita a la luz proveniente de los rayos de una tormenta eléctrica, el resplandor de lasauroras boreales, los tubos fluorescentes o avisos de neón. Pareciera en consecuencia que pertenecemos a aquel 1 % del universo donde los plasmas no ocurren en estado natural. La razón por la cual la atmósfera terrestre no se encuentra en estado de plasma se debe a que la temperatura es demasiado baja como para producir la ionización de los átomos que la componen. De no ser así, la vida, comonosotros la conocemos, no sería posible.

Existen una serie de mecanismos que protegen la atmósfera terrestre del viento solar, impidiendo la ionización de la misma, haciendo así posible la vida. Es interesante notar que por cada átomo ionizado existen en la atmósfera 10122 átomos neutros.

Los primeros trabajos de laboratorio con plasmas se debieron a Langmuir y Tonks en los años 20 y fueroninspirados por la necesidad de desarrollar tubos de vacío que pudieran conducir corrientes altas. Ya en estos experimentos se descubrieron algunas de las propiedades más características de los plasmas. Así, por ejemplo, se observó que las partículas del plasma se distribuyen de manera tal que cualquier campo eléctrico que se genere en el plasma, ya sea por separación espontánea de sus cargas o pormedios externos al sistema, tiende a ser blindado por éste. Este fenómeno recibe el nombre de blindaje de Debye por haber sido Petrus J.Debye (1884-1966) el primero en estudiarlo. Otra característica descubierta ya en aquella época tiene que ver con la existencia de una frecuencia natural de oscilación del plasma. Esta llamada frecuencia de plasma depende de la densidad del mismo, siendo mayormientras mayor es la densidad.

La existencia de esta frecuencia característica tiene importantes consecuencias en la propagación de ondas electromagnéticas en un plasma. A diferencia del vacío o de un gas neutro, ondas electromagnéticas de frecuencia inferior a la frecuencia característica, no se propagan en un plasma. Este hecho explica, por ejemplo, la razón por la cual un vehículo espacialreingresa a la atmósfera y se interrumpen sus comunicaciones con la Tierra. En efecto, debido a la fricción del vehículo con la atmósfera, la temperatura aumenta, lo que produce la ionización de esta última en torno al vehículo, generándose así un plasma en el cual las ondas de radio son inferiores a la frecuencia característica de éste, con la consiguiente interrupción de las comunicaciones.Ionósfera

Un aspecto importante de la física del plasma es el estudio del medio que rodea a la Tierra en el espacio. Un flujo continuo de partículas, esencialmente protones y electrones, cuya fuente es el sol (viento solar) incide sobre la ionosfera que blinda a la Tierra de esta radiación. La ionosfera se extiende desde unos 50 km hasta una distancia de alrededor de 10 radios terrestres. Las...