Plasmas explicados

Vivemos felizes na atmosfera inferior gasosa da Terra composta por uma mistura de gases – principalmente nitrogênio e oxigênio. No entanto, se nos movermos para cima a partir da superfície da Terra, o ambiente muda e já não se enquadra nesta descrição. A cerca de 80 km acima da superfície da Terra, a atmosfera já não é constituída por gás. Em vez disso, é constituída por gás ionizado, que consiste numa mistura equilibrada de electrões, iões positivos e partículas neutras. Este estado é chamado de plasma. Comumente conhecido como ‘quarto estado da matéria’, na opinião de muitos astrofísicos, é o primeiro estado desde que foi o primeiro a se formar imediatamente após o Big Bang.

Para fazer plasma, é necessária energia para retirar elétrons dos átomos. A energia pode ser de várias formas – calor, elétrica ou luz (luz ultravioleta ou luz visível intensa de um laser). Com insuficiente energia de sustentação, os plasmas recombinam-se em gás neutro.

Outros no espaço, todo o gás é ionizado, e é a radiação electromagnética altamente energética do Sol, ela própria feita de plasma, que é responsável por este processo ionizante. O espaço é, portanto, dominado pelo plasma. Na verdade, 99% da matéria no universo conhecido é plasma.

Formas de plasma

Plasmas ocorrem naturalmente, mas também podem ser feitos artificialmente. Os plasmas que ocorrem naturalmente podem ser terrestres (terrestres) ou espaciais (astrofísicos). Os plasmas artificiais foram desenvolvidos para atender às necessidades de uma ampla gama de indústrias de tecidos, fabricação e revestimentos especializados.

Exemplos de três formas de plasma

Plasma properties

Plasma é o estado de maior energia da matéria. Consiste numa colecção de electrões em movimento livre, iões positivos e partículas neutras. Embora esteja intimamente relacionado com a fase gasosa, uma vez que não tem forma ou volume definidos, difere de várias formas:

• Plasma tem uma condutividade eléctrica muito elevada.
• Plasma é mais facilmente influenciado por campos eléctricos e magnéticos do que pela gravidade
• O movimento dos electrões e iões no plasma produz os seus próprios campos eléctricos e magnéticos.
• Por causa do estado totalmente caótico e altamente energético das partículas constituintes do plasma, este produz a sua própria radiação electromagnética.

Para produzir e manter o estado altamente energético que existe no plasma, deve haver um fornecimento contínuo de energia.

Plasma artificial – quente e frio

Plasma quente ou térmico é produzido em arcos atmosféricos, faíscas e chamas. O plasma altamente ionizado consiste em grandes números de elétrons e íons positivos, com a temperatura de ambos sendo extremamente alta. Dependendo da sua potência, as tochas de corte de plasma operam a temperaturas muito altas entre 5000 e 10 000°C.

O plasma frio ou não térmico é menos bem ionizado, e embora os elétrons sejam de alta temperatura, os íons positivos e as partículas neutras estão a uma temperatura mais baixa. Quando um tubo de iluminação fluorescente é ligado, o plasma frio (à temperatura ambiente) é configurado dentro do tubo.

Usos de plasma artificial

Usos de plasma térmico variam em várias indústrias, incluindo iluminação, revestimentos e fabricação e purificação de metais. Exemplos disso incluem:

• Lâmpadas de arco de haleto metálico usadas em holofotes
• Processos de revestimento de plasma que permitem que revestimentos resistentes ao desgaste e ao calor sejam depositados em superfícies selecionadas
• O uso de arcos elétricos para corte e soldagem de metais.

Como os cientistas passaram a entender mais sobre a estrutura e propriedades do plasma, novas tecnologias evoluíram resultando em uma rápida expansão dos usos de plasma a frio ou não térmico. Por exemplo, na fabricação de componentes de hardware de computador, processos como a deposição de vapor químico e gravação de plasma são usados para fabricar circuitos integrados. O processamento de plasma deste tipo tem sido fundamental na concepção e fabrico dos computadores potentes e compactos e dos telemóveis de uso comum.

Outros exemplos de usos do plasma frio incluem:

• Iluminação do tubo fluorescente
• TVs de plasma
• Controle ambiental – abatendo a emissão de gases poluentes
• Brinquedos de bola de plasma.

Operação da TV de plasma

A tela plana consiste em dois painéis de vidro transparente sanduíche com uma fina camada de pixels. Cada pixel é composto por três células cheias de gás. O gás é uma mistura de néon e xenônio. Cada célula é pintada no seu interior com um fósforo que, quando estimulado, emitirá luz visível vermelha, verde ou azul. Uma rede de pequenos eléctrodos permite o fornecimento de corrente eléctrica a cada célula do pixel. Quando a corrente flui, o gás na célula ioniza para um estado de plasma e, como resultado disso, a luz UV é emitida. O revestimento de fósforo nas paredes da célula absorve esta luz UV e é estimulado a emitir luz visível, seja vermelha, verde ou azul.

Quantos pixels tem um ecrã de plasma depende da resolução do ecrã. Uma tela de plasma com resolução de 1280 x 720 tem 1280 x 720 = 921.600 pixels. Cada pixel tem três células, portanto a resolução de 1280 x 720 do plasma tem 3 x 921.600 = 2.764.800 células individuais.

Variando os pulsos de corrente que fluem através das diferentes células, o sistema de controle pode aumentar ou diminuir a intensidade da cor de cada célula para criar centenas de combinações diferentes de vermelho, verde e azul. Desta forma, o sistema de controle pode produzir cores em todo o espectro.