Plasma

PLASMA (ESTADO DE LA MATERIA)
Al plasma se le llama a veces "el cuarto estado de la materia", además de
los tres "clásicos", 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.
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 influidos 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 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.
Otro importante plasma en la naturaleza es la ionosfera, que comienza a
unos 70-80 km por encima de la superficie terrestre. Aquí los electrones son
expulsados de los átomos por la luz solar de corta longitud de onda, desde
la ultravioleta a los rayos X: no se recombinan fácilmente debido a que la
atmósfera se rarifica más a mayores altitudes y no son frecuentes las
colisiones. La parte inferior de la ionosfera, la "capa D", a los 70-90 km, aún
tiene suficientes colisiones como para desaparecer después de la puesta
del sol. Entonces se combinan los iones y los electrones, mientras que la
ausencia de luz solar no los vuelve a producir. No obstante, esta capa se
restablece después del amanecer. Por encima de los 200 km, las colisiones
son tan infrecuentes que la ionosfera prosigue día y noche.
Perfil de la ionosfera [editar]
La parte superior de la ionosfera se extiende en el espacio muchos miles de
kilómetros y se combina con la magnetosfera, cuyos plasmas están
generalmente más rarificados y también más calientes. Los iones y los
electrones del plasma de la magnetosfera provienen en parte de la
ionosfera que está por debajo y en parte del viento solar, y muchos de los
pormenores de su entrada y calentamiento no están aún claros.
Finalmente, existe el plasma interplanetario, el viento solar. la capa más
externa del Sol, la corona, está tan caliente que no sólo están todos sus
átomos ionizados, sino que aquellos que comenzaron con muchos
electrones, tienen arrancados la mayoría (a veces la totalidad), incluidos los
electrones de las capas más profundas que están más fuertemente unidos.
Por ejemplo, en la corona se ha detectado la luz característica del hierro
que ha perdido 13 electrones.
Esta temperatura extrema también evita que el plasma de la corona
permanezca cautivo por la gravedad solar y así fluye en todas direcciones,
llenando el Sistema Solar más allá de los planetas más distantes. El Sol,
mediante el viento solar configura el distante campo magnético terrestre y el
rápido flujo del viento (~400 km/s) proporciona la energía que alimenta los
fenómenos de la aurora polar, los cinturones de radiación y de las tormentas
magnéticas.
La física del plasma es un campo matemático difícil, cuyo estudio requiere
minucioso conocimiento de la teoría electromagnética. Algunos textos de
electricidad y magnetismo se ocupan de aspectos de la física del plasma,
p.e. el capítulo 10 de Classical Electrodynamics de J.D. Jackson.