El cuarto estado de la materia: El plasma

El cuarto estado de la materia: El plasma

AdminCiencia y tecnología, Espacio/Cosmos

Al Plasma se le llama a veces “el cuarto estado de la materia”, además de los tres conocidos, sólido, líquido y gas. Es un gas en el que los átomos se han roto, que está formado por electrones negativos y por iones positivos, átomos que han perdido electrones y han quedado con una carga eléctrica positiva y que están moviéndose libremente.

Donde vivimos nosotros, en la baja atmósfera, cualquier átomo que pierde un electrón (p.e., cuando es alcanzado por una partícula cósmica rápida) lo recupera pronto o atrapa otro. Pero la situación a altas temperaturas, como las que existen en el Sol, es muy diferente. Cuanto más caliente está el gas, más rápido se mueven sus moléculas y átomos, y a muy altas temperaturas las colisiones entre estos átomos moviéndose muy rápidamente son lo suficientemente violentas como para liberar los electrones. En la atmósfera solar, una gran parte de los átomos están permanentemente “ionizados” por estas colisiones y el gas se comporta como un plasma.

A diferencia de los gases fríos (p.e. el aire a la temperatura ambiente), los plasmas conducen la electricidad y son fuertemente influídos por los campos magnéticos. La lámpara fluorescente, muy usada en el hogar y en el trabajo, contiene plasma (su componente principal es el vapor de mercurio) que calienta y agita la electricidad, mediante la línea de fuerza a la que está conectada la lámpara. La línea hace positivo eléctricamente a un extremo y el otro negativo (vea el dibujo inferior) causa que los iones (+) se aceleren hacia el extremo (-), y que los electrones (-) vayan hacia el extremo (+). Las partículas aceleradas ganan energía, colisionan con los átomos, expulsan electrones adicionales y así mantienen el plasma, incluso aunque se recombinen partículas. Las colisiones también hacen que los átomos emitan luz y, de hecho, esta forma de luz es más eficiente que las lámparas tradicionales. Los letreros de neón y las luces urbanas funcionan por un principio similar y también se usan (o usaron) en electrónica.

[En el caso de que se pregunte: cuando se enciende por primera vez la lámpara fluorescente, el gas está frío, pero unos pocos iones y electrones están siempre presentes debido a los rayos cósmicos y a la radioactividad natural. Las colisiones los multiplican rápidamente.

Y es verdad dado que se usa corriente alterna, los puntos positivo (+) y negativo (-) que alimentan al tubo se alternan 60 veces cada segundo. Sin embargo, los iones y electrones responden mucho más rápido que eso, por lo que el proceso permanece sin cambios.]

Profundicemos más en cómo funciona el fluorescente

Usted habrá notado en la imagen que el circuito del aparato de luz fluorescente tiene incluido un balasto (reactancia). Usted también los debió observar en los aparatos de su casa, a menudo integrados dentro de una caja rectangular. Los bombillos ordinarios de filamentos incandescentes están directamente conectados a las líneas de voltaje, pero las lámparas fluorescentes siempre reciben su corriente a través de una reactancia. ¿Por qué?

Buena pregunta. Si usted ha estudiado electricidad, seguramente estudió la Ley de Ohm, según la cual la corriente que fluye a través de un mecanismo es inversamente proporcional a su resistencia eléctrica R. Doble la resistencia R y tan sólo 1/2 de la corriente pasará a través de ella, remplácela con una 10 veces mayor y sólo 1/10, cuanto mucho, podrá fluir. Es un poco como agua que fluye en una tubería–si usted hace la tubería 10 veces más angosta, entonces (las otras variables son las mismas) tan sólo 1/10 de agua, a lo más, fluirá a través de ésta.

Ahora bien, dado el caso de que usted pensase que la Ley de Ohm era una ley universal de la electricidad–piénselo de nuevo, pues no es así. Los cables metálicos la satisfacen bastante bien, aunque su resistencia varíe con la temperatura: un filamento de bombillo frío tan sólo tiene 1/5 de la resistencia de uno caliente, así pues, la lámpara presenta una corriente de 5 líneas, lo que ayuda a encenderla rápidamente. Pero los plasmas no satisfacen esta ley en absoluto. La resistencia de su lámpara fluorescente no es fija, depende de la corriente transportada: más grande es la corriente, más pequeña es la resistencia.

Dicho en otras palabras, el plasma es un voraz conductor de electricidad. Suponga que hay apenas suficientes electrones libres para que una corriente comience. La corriente hace que iones y electrones se muevan rápidamente y colisionen violentamente. Estas colisiones despojan a su vez de electrones adicionales a los átomos de gas. Los electrones adicionales aumentan la corriente causando más colisiones y produciendo aún más electrones, lo que crea aún más y más corriente… Así, si una lámpara fluorescente estuviese directamente conectada a las líneas de poder, desprotegida, su corriente crecería rápidamente hasta que algo se dañase. El tubo podría calentarse y explotar, el cableado podría fundirse…o más bien, el fusible o el interruptor de circuito que protege el aparato paralizaría la cor! riente.

Una resistencia conectada frente

...