GNella nostra vita quotidiana, è molto comune vedere sostanze nei cosiddetti tre stati (di aggregazione o fisici) della materia, che sono: solido, liquido e gas. Tuttavia, c'è un quarto stato fisico della materia, non è così comune qui sulla Terra, ma stranamente si crede che 99% di tutto ciò che esiste nell'universo è in questo quarto stato, chiamato il plasma.
Per formare il plasma è necessario che la materia allo stato gassoso venga riscaldata a temperature molto elevate, come accade, da esempio, nel nucleo delle stelle, come il nostro Sole, dove ci sono alcune regioni della loro superficie che si trovano a circa 84.000°C.
Il plasma si trova a una temperatura di circa 84.000 °C in alcune regioni della superficie solare
Questa alta temperatura provoca la rottura delle molecole di gas, formando atomi liberi che, a loro volta, perdono e acquistano elettroni, generando ioni. Quindi possiamo dire che il plasma è formato da un insieme caldo e denso di atomi liberi, elettroni e ioni, in una distribuzione quasi neutri (il numero di particelle positive e negative è praticamente uguale), che hanno comportamento collettivo.
Alcuni potrebbero dire che il plasma non è in realtà un quarto stato della materia, ma poiché è un gas ionizzato, è in uno stato gassoso. È ben vero che, come i gas, il plasma non ha forma e volume definiti, assumendo la forma e il volume del contenitore che lo contiene. Tuttavia, il plasma ha altre proprietà che lo distinguono davvero da altri stati di aggregazione.
Ad esempio, poiché ha particelle cariche, il plasma è a is conduttore elettrico, rispondendo fortemente ai campi elettromagnetici e formando strutture come filamenti, raggi e doppi strati; questo non è il caso dei gas.
È anche interessante che il plasma non solo reagisca, ma anche genera campi magnetici. Questo perché al suo interno si forma una corrente elettrica, grazie ai suoi elettroni liberi, e, secondo la Legge di Ampere, si forma un campo elettromagnetico. Anche gli elettroni si muovono in modo circolare secondo il campo magnetico del plasma, e con la temperatura molto alta, questo movimento può causare l'emissione di onde elettromagnetiche. Un esempio di questi campi magnetici estremamente intensi che possiamo osservare è la formazione di colonne convettive di calore dal Sole, che danno origine a macchie solari, venti solari, ecc.
Qui sulla Terra, il plasma si trova solo in situazioni speciali. La prima volta che è stato descritto è stato nella creazione del Fiala di Crookes, sviluppato dal fisico inglese Willian Crookes (1832-1919) nel 1850, chiamato anche tubo a raggi catodici. È un tubo di vetro, riempito di gas a bassa pressione, e che ha degli elettrodi, cioè un polo negativo (catodo) e un polo positivo (anodo), collegati ad un generatore.
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Quando viene applicata un'alta tensione al gas contenuto nell'ampolla, si osserva la formazione di raggi provenienti dal catodo, che furono chiamati raggi catodici e producono una fluorescenza verdastra quando colpiscono la parete di vetro dell'ampolla. Pertanto, il plasma viene generato nell'ampolla di Crookes.
Immagine dell'ampolla di Crookes 1
Il fisico inglese J. J. Thomson (1856-1940) in seguito utilizzò questa lampadina per scoprire l'elettrone. Vedi di più su questo nel testo L'esperimento di Thomson con le scariche elettriche. Nel 1928, Irving Langmuir chiamò "plasma" questi raggi catodici per la capacità del plasma delle scariche elettriche di modellarsi nei tubi dove vengono generati.
Irving Langmuir è stato il primo ad usare il termine "plasma"
Un altro esempio della presenza di plasma qui sulla Terra si verifica nel reattori a fusione nucleare, il più noto dei quali è il Tokamak, di Princeton, Stati Uniti, che funziona a una temperatura di 100 milioni di gradi Celsius, che si ottiene attraverso reazioni di fissione controllata. Il plasma è intrappolato all'interno, dove avviene la fusione termonucleare controllata di isotopi leggeri di idrogeno ed elio, generando una quantità colossale di energia. Queste stesse reazioni di fusione avvengono sul Sole.
Immagine dell'interno di un reattore di tipo Tokamak, attraverso il quale passa il plasma2
Nella vita di tutti i giorni, vediamo un esempio di plasma nel lampade fluorescenti e nei processi di sterilizzazione. lampade al plasma, come quello mostrato di seguito, può essere acquistato come souvenir.
A Aurore australi e boreali sono il risultato dell'eccitazione di atomi e molecole nell'atmosfera, quando sono bombardati da particelle cariche espulse dal Sole e deviate dal campo geomagnetico, essendo, quindi, plasmi naturali.
* Crediti immagine:
[1] Autore: D-Kuru/Wikimedia Commons, Licenza: CC-BY-SA-3.0-AT
[2] Autore: Mike Garrett/Wikimedia Commons
di Jennifer Fogaça
Laureato in Chimica
