Monografia Cuarto Estado

Introducción.

La experiencia cotidiana nos ha llevado a conocer los tres principales estados de la materia, los cuales aprendemos desde la educación básica solido líquido y gaseoso, los cuales son apreciables en las condiciones de temperatura en los que se sustenta la vida, pero en condiciones extremas de temperatura se pueden apreciar nuevos estados de agregación con características propias, a altas temperaturas T>5000 K, se observa el plasma, mientras a que temperaturas cercanas a los 0 K, se forma el condesado de Bose-Einstein.

Plasma: Cuarto estado de la materia.

Se denomina plasma al gas ionizado en el cual todos o la mayoría de los átomos han perdido uno o varios electrones, transformándose en iones positivos.

El plasma, en general, es una mezcla de tres componentes: electrones libres, iones positivos y átomos (o moléculas) neutras. (Hazeltime & Meiss, 2003).

El plasma es un gas altamente ionizado que consiste de electrones e iones positivos. Puesto que el plasma consta de partículas cargadas su movimiento puede controlarse por campos magnéticos. (Castro Castro & Vásquez A., 1997).

Se denomina plasma al medio gaseoso que contiene un número apreciable de cargas libres, pero que es aproximadamente neutro en su conjunto. La gran cantidad de cargas libres da lugar a altas conductividades eléctricas y a la posibilidad de establecer fácilmente corrientes eléctricas que interactúan con campos magnéticos aplicados y con los propios generados por tales corrientes. (Baumjohann & Treumann, 1996).

Sólidos, líquidos y gases son estados de la materia familiares para el ser humano. Los componentes de estos estados son átomos y moléculas. La transformación de un estado a otro se logra suministrando energía; por ejemplo calentando. La transformación al cuarto estado de la materia ocurre cuando un gas es calentado a grandes temperaturas o expuesto a radiación energética. Los átomos se rompen en electrones e iones y los átomos neutros son químicamente transformados. (Jhon, 2005).

El plasma es el estado de la materia más difundido en el Universo. El Sol y las estrellas pueden ser considerados cúmulos de plasma caliente. La superficie exterior de la atmósfera terrestre la ionosfera, está recubierta por una capa de plasma. Las zonas de radiación, ubicadas en el espacio circundante de la ionosfera, no son más que formaciones de plasma. Toda descarga gaseosa (relámpago, chispa, arco, etc.) está ligada a la aparición de plasma. En las auroras boreales, el principal actor es el plasma.

La llama ordinaria, aunque en grado muy pequeño, está ionizada, es decir, es plasma. (Hazeltime & Meiss, 2003).

Un enorme porcentaje (> 99%) de la materia en el universo existe aparentemente en forma de plasma; el medio estelar, interplanetario e interestelar, y las altas atmósferas planetarias. Sin embargo, en los medios relativamente densos y/o fríos en los que se desarrolla la vida el estado de plasma es más raro por la tendencia a la recombinación de las cargas libres.

El plasma no solo es abundante en el universo, también lo es en nuestro sistema solar. Aun en el vecindario cercano de la tierra, toda la materia por arriba de los 100km de altitud, en y sobre la ionosfera, tiene que ser estudiado usando los métodos físicos del plasma. Existen varios tipos de plasmas, con una amplia gama de diferencias en sus parámetros característicos como densidad y temperatura. (Baumjohann & Treumann, 1996).

Fig. 1.1.-Rangos de los parámetros tipos para diversos tipos de plasma. (Baumjohann & Treumann, 1996).

Entre el plasma y un gas no existe una delimitación brusca. El plasma cumple las leyes de los gases, y en muchos sentidos se comporta como un gas. Sin embargo, cuando está sometido a un potente campo magnético presenta unas cualidades nuevas y extraordinarias.

Una de las características del plasma consiste en que cuando está caliente (~10.0000K) casi no ofrece resistencia a la corriente eléctrica; su conductividad es grande. En el plasma frío (T<10.0000K), por el contrario, la conductividad es muy baja. (Castro Castro & Vásquez A., 1997).

Dentro de los fines de estudiar plasma se encuentran, entre otros, obtener energía útil de las reacciones de fusión termonucleares controladas, producidas en el plasma; también se estudia la conductividad eléctrica y sus aplicaciones técnicas.

En el laboratorio debe aplicarse energía a un gas para producir el estado de plasma, y su mantenimiento prolongado, sobre todo en las condiciones de densidad y temperatura necesarias para las aplicaciones, incluyendo la generación de reacciones de fusión nuclear, plantea enormes desafíos tecnológicos. (Baumjohann & Treumann, 1996).

Podemos identificar diversos constituyentes del plasma:

• Átomos y moléculas, que consisten en un núcleo de carga positiva, rodeado por una nube de electrones girando alrededor del núcleo, estos pueden estar en estado basal o excitado.

• Electrones libres liberados de los átomos y las moléculas con una cantidad de energía dependiente a su velocidad de traslación o temperatura equivalente llamada “Electrón Volt”. Un electrón volt equivale a 11600 K.

• Iones positivos que son moléculas o átomos que han

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