O QUARTO ESTADO DA MATRIA (PLASMA)

No ano de 1929, Tonks e Langmuir estudavam as ocilaes em gases ionizados e observaram que o ons positivos se comportavam como uma espcie de gelatina rgida medida que os eltrons oscilavam. Um comportamento um tanto parecido com o sangue humano, onde os corpsculos se movem atravs do plasma sanguneo. possvel ento que a partir dessa analogia, os dois pesquisadores usaram o termo plasma, para designar a poro do gs, objeto de estudo, que apresentava elevadas densidades de ons e eltrons, porm substancialmente iguais. Nesse mesmo ano, Tonks e Langmuir desenvolveram ento uma teoria acerca desse comportamento. Com isso, surgiu uma nova rea na Fsica, a Fsica dos Plasmas.Frequentemente classificamos a matria existente no Universo em quatro estados (estados fsicos ou estados de agregao), a saber: Slido, lquido, gasoso e plasma. A diferena entre os estados slido, lquido e gasoso reside na fora de agregao (potencial de ligao) entre as partculas que compe o sistema. Aquecendo um sistema que se encontra no estado slido ou lquido, suas partculas adquiriro mais energia cintica at ser possvel vencer o potencial de ligao que as uniam, ocorrendo ento, uma transio de fase e.g.: lquidogasoso. As transies de fase ocorrem essencialmente temperatura constante. Se mais energia trmica for fornecida para o sistema, as molculas desse podero se dissociar tornando-se um gs de tomos, resultado das colises que ocorrem entre as partculas com energia trmica superior ao potencial de ligao molecular. temperaturas extremamente elevadas, devido s colises, possvel ento obtermos um gs ionizado, ouplasma. Mas a transio que ocorre do estado gasoso para plasma no propriamente uma transio de fase, pois a mesma ocorre com variao de temperatura. Como o estado de plasma possui propriedades distintas dos outros trs estados, ele considerado o quarto estado da matria.Existem ainda outras formas de se produzir plasmas, especialmente em laboratrio. Dependendo do mtodo utilizado para a produo do plasma, esse poder ter uma densidade alta ou baixa, uma temperatura elevada ou no dentre outras caractersticas. Um dos mtodos utilizados a fotoionizao. Nesse processo a ionizao ocorre na absoro, por parte das partculas que compem o sistema, de ftons incidentes que possuem energia igual, ou at maior, que o potencial de ionizao das referidas partculas. O excesso de energia do fton incidente transferido, na forma de energia cintica, para os ons e eltrons produzidos no sistema. Pode-se produzir plasma com ftons de raios X ou raios gama, que possuem comprimentos de ondas muito pequenos. O plasma existente na ionosfera terrestre um exemplo de produo pelo processo de fotoionizao. Outro processo que podemos citar a descarga gasosa . Nesse processo, um campo eltrico aplicado em um gs ionizado. Dessa forma, os eltrons livres so acelerados e com isso pode-se aumentar o grau de ionizao do gs, por meio de colises com outros tomos. Como caracterstica desse processo,podemos destacar a forma com que a energia do campo eltrico transferida eficientemente para os eltrons, por serem mais leves que os ons. A temperatura dos eltrons em uma descarga gasosa bem mais elevada que a dos ons, uma vez que a transferncia de energia dos eltrons para os ons ocorre de forma muito lenta.Outro aspecto a ser ressaltado a emisso de radiao por parte dos plasmas. Os mecanismos que causam essa emisso podem ser classificados em duas categorias, a saber: emisso de radiao por tomos e molculas que compe o sistema e emisso pelas partculas carregadas submetidas a aceleraes.

Em um plasma, medida que ocorrem ionizaes, o processo oposto tambm ocorre, ou seja, a recombinao dos ons com os eltrons para formar partculas neutras. Como resultado desse processo, radiaes so emitidas quando as partculas no seu estado excitado atingem o estado fundamental. Essas radiaes formam o espectro do plasma. Por outro lado, as partculas carregadas sofrem uma desacelerao devido a um processo de coliso, essa ento emite uma radiao que denominadaBremsstrahlung. As emisses eletrociclotrnicas ocorrem na presena de um campo magntico, devido acelerao centrpeta experimentada pelas partculas carregadas eletricamente.Embora o plasma seja um gs quase, na sua totalidade, ionizado, nem todo gs ionizado um plasma. Um plasma um gs ionizado que possui: Uma caracterstica de quaseneutralidade e partculas carregadas eletricamente e neutras que exibem um comportamento coletivo.Em um plasma, existem partculas neutras, positivas e negativas. Essas partculas possuem energia cintica elevada, devido s altas temperaturas. As partculas positivas de um plasma so os ons e as partculas negativas so os eltrons. Os eltrons, por serem mais leves, possuem mais mobilidade que os ons. Portanto teremos colises entre todos os tipos de partculas, e os ons e as partculas neutras se movendo lentamente em relao aos eltrons. O plasma, nesse aspecto, possui um comportamento de fluido. Mas muitas partculas esto carregadas eletricamente e so capazes de interagir entre si, mesmo distncia por meio da fora Coulombiana. E ainda ocorre a interao destas partculas com campos eletromagnticos externos ou at mesmo com os campos gerados pelo movimento das mesmas. Portanto o plasma exibe ambos os comportamentos: fluido e de um conjunto de partculas carregadas.Como as partculas carregadas de um plasma esto em movimento, podemos encontrar regies dentro do plasma com densidade de partculas positivas e tambm negativas. Sabemos, pela Lei de Coulomb, que a fora de interao entre essas duas regies diminui com 1/r2. Porm, mesmo para grandes distncias, ocorre interao entre as regies com partculas carregadas. Portanto, uma perturbao local pode afetar o movimento das partculas carregadas em regies muito afastadas de um plasma (comportamento coletivo).Na ausncia de campos externos, o plasma , macroscopicamente, neutro. Ou seja, no equilbrio, em um volume do plasma suficientemente grande, onde a quantidade de partculas muito grande e o tamanho dessas partculas muito pequeno se comparado com qualquercomprimento relacionado variao de densidade e temperatura, a carga lquida total zero. Isso o que se pode chamar de quaseneutralidade (neutralidade macroscpica).Texto extrado da Tese: Estudo, utilizando a Mecnica Quntica, das propriedades dieltricase do efeito da blindagem dinmica na taxa de aquecimento de plasmas macroscpicos. (UnB-IF, 2006).