O estado de plasma é um estado da matéria , assim como o estado sólido , o estado líquido ou o estado gasoso , embora não haja uma transição abrupta de um desses estados para o plasma, ou vice-versa. É visível na Terra , em seu estado natural, na maioria das vezes em altas temperaturas favoráveis a ionizações, ou seja, o arrancamento de elétrons dos átomos . Observamos então uma espécie de "sopa" de elétrons extremamente ativos, na qual também "banham" íons ou moléculas neutras. Embora geralmente eletricamente neutro, o plasma é composto por elétrons e íons o que o torna muito sensível à ação de campos elétricos , magnéticos e eletromagnéticos (internos como externos) e que torna sua dinâmica, em geral, de grande complexidade. Além disso, as propriedades químicas desse estado são bastante diferentes das de outros estados; às vezes são chamados de "exóticos". Os exemplos mais comuns de plasmas na Terra são chamas e raios de alta temperatura.
O termo plasma (também falamos de "quarto estado da matéria"), foi usado na física pela primeira vez pelo físico americano Irving Langmuir em 1928 , por analogia com o plasma sanguíneo . O ramo que estuda isso é a física do plasma .
Em condições normais, um meio gasoso não conduz eletricidade porque dificilmente contém partículas carregadas livres (elétrons ou íons). Quando este meio é submetido a um campo elétrico fraco, um isolante elétrico permanece, pois não há aumento no número de partículas carregadas. Mas se o gás for submetido a um forte campo elétrico (por exemplo, 30 quilovolts / centímetro para o ar à pressão atmosférica), elétrons livres e íons positivos podem aparecer em quantidades significativas para que o gás se torne condutor.
Quando a ionização é grande o suficiente para que o número de elétrons por unidade de volume (n e ) não seja desprezível em comparação com os átomos neutros (n n ), o gás então se torna um fluido condutor chamado plasma cujo grau de ionização é definido pela fórmula :
que é um dos parâmetros importantes para caracterizar um plasma.
As partículas eletricamente carregadas que compõem o plasma estão sujeitas às forças de Laplace . O fluido é, portanto, sensível a campos magnéticos e pode, por exemplo, ser desviado ou deformado por um campo magnético (ímã, por exemplo).
Normalmente, a energia de ionização de um átomo ou molécula é de alguns eletronvolts (eV) . A temperatura necessária para formar um plasma em equilíbrio termodinâmico (geralmente local) é portanto aquela a partir da qual a energia térmica , que pode ser estimada pelo produto kT , atinge esta ordem de grandeza, ou seja, quando kT ≈ 1 eV ou uma temperatura de cerca de 11.000 K .
Há uma diversidade muito grande de plasmas, que se distinguem por pelo menos uma de suas propriedades, os plasmas são classificados em famílias de vários nomes.
Por exemplo, se o grau de ionização for considerado, os plasmas são classificados em "plasmas quentes" e "plasmas frios". Na verdade, os plasmas fortemente ionizados são chamados de “plasmas quentes”, em oposição aos plasmas fracamente ionizados, chamados de plasmas frios.
A escala de temperatura do plasma varia da temperatura ambiente a vários milhões de Kelvin para um plasma de fusão termonuclear . Portanto, não devemos nos surpreender que um plasma de arco de cerca de 10.000 K seja da família do plasma frio.
Dito isso, os limites não são bem definidos e, às vezes, outras famílias como a dos “plasmas naturais” são definidas ao lado das duas famílias mencionadas. Por exemplo, de acordo com seu site, o objetivo da Divisão de Plasma da Sociedade Francesa de Física (SFP) é reunir a comunidade de físicos dos três grandes campos dos plasmas (natural, quente ou fusão, frio ou industrial).
Plasmas são extremamente difundidos no Universo, uma vez que representam mais de 99% da matéria comum . No entanto, eles passam quase despercebidos em nosso ambiente imediato, dadas suas condições de aparência muito distantes das condições de temperatura e pressão da atmosfera da Terra.
Assim, distinguimos os plasmas naturais:
E plasmas industriais:
Existem muitas outras aplicações que ainda são apenas experiências ou protótipos de laboratório ( radar , melhoria da combustão, tratamento de resíduos , esterilização, etc. ).
Em muitas obras de ficção científica, como Star Wars , Halo e Transformers , plasma e plasmóides formam a base de armas imaginárias, muitas vezes semelhantes ao focalizador de plasma denso ("canhão de plasma").
Durante a década de 2010, a criação de plasma a partir de uvas aquecidas em um forno de micro-ondas doméstico se tornou um experimento popular amplamente difundido, o que resultou em vários vídeos que se tornaram virais na plataforma do YouTube . Em 2019, esse fenômeno foi rigorosamente explicado. Como as uvas se assemelham a pequenas esferas com alto teor de água, o comprimento das microondas a que estão expostas é modificado e a energia se concentra no centro da fruta. Quando duas uvas assim irradiadas são colocadas lado a lado, ocorre uma transferência de elétrons no pequeno espaço entre as duas frutas, o que produz a aparência de plasma.