Plasmele explicate

Suntem fericiți că trăim în atmosfera inferioară gazoasă a Pământului, compusă dintr-un amestec de gaze – în principal azot și oxigen. Cu toate acestea, dacă ne deplasăm în sus de la suprafața Pământului, mediul se schimbă și nu mai corespunde acestei descrieri. La aproximativ 80 km deasupra suprafeței Pământului, atmosfera nu mai este alcătuită din gaze. În schimb, este alcătuită din gaz ionizat, care constă într-un amestec echilibrat de electroni, ioni pozitivi și particule neutre. Această stare se numește plasmă. Cunoscută în mod obișnuit sub numele de „a patra stare a materiei”, în opinia multor astrofizicieni, este chiar „prima” stare, deoarece a fost prima care s-a format imediat după Big Bang.

Pentru a face plasmă, este nevoie de energie pentru a desprinde electronii din atomi. Energia poate fi de diferite forme – termică, electrică sau luminoasă (lumină ultravioletă sau lumină vizibilă intensă de la un laser). În cazul în care energia de susținere este insuficientă, plasmele se recombină în gaz neutru.

Dincolo, în spațiu, toate gazele sunt ionizate, iar radiația electromagnetică extrem de energetică provenită de la Soare, ea însăși formată din plasmă, este responsabilă de acest proces de ionizare. Prin urmare, spațiul este dominat de plasmă. De fapt, 99% din materia din universul cunoscut este plasmă.

Formele de plasmă

Plasmele apar în mod natural, dar pot fi, de asemenea, realizate în mod artificial. Plasmele care apar în mod natural pot fi de origine terestră (terestre) sau spațială (astrofizice). Plasmele artificiale au fost dezvoltate pentru a răspunde nevoilor unei game largi de industrii de fabricare, de producție și de acoperiri specializate.

Exemple de trei forme de plasmă

Proprietăți ale plasmei

Plasma este cea mai înaltă stare energetică a materiei. Ea este formată dintr-o colecție de electroni în mișcare liberă, ioni pozitivi și particule neutre. Deși este strâns legată de faza gazoasă prin faptul că nu are o formă sau un volum definit, diferă într-o serie de moduri:

• Plasma are o conductivitate electrică foarte mare.
• Plasma este mai ușor influențată de câmpurile electrice și magnetice decât de gravitație
• Mișcarea electronilor și a ionilor în plasmă produce propriile câmpuri electrice și magnetice.
• Din cauza stării total haotice și extrem de energetice a particulelor constitutive ale plasmei, aceasta produce propriile radiații electromagnetice.

Pentru a produce și a menține starea extrem de energetică care există în plasmă, trebuie să existe o sursă continuă de energie.

Plasma artificială – caldă și rece

Plasma caldă sau termică este produsă în arcuri atmosferice, scântei și flăcări. Plasma puternic ionizată este formată dintr-un număr mare de electroni și ioni pozitivi, temperatura ambelor fiind extrem de ridicată. În funcție de puterea lor, torțele de tăiere cu plasmă funcționează la temperaturi foarte ridicate, între 5000 și 10 000°C.

Plasma rece sau non-termică este mai puțin ionizată și, deși electronii sunt la temperaturi ridicate, ionii pozitivi și particulele neutre sunt la o temperatură mai scăzută. Atunci când se aprinde un tub de iluminat fluorescent, plasma rece (la temperatura camerei) se instalează în interiorul tubului.

Utilizări ale plasmei artificiale

Utilizările plasmei termice variază în mai multe industrii, inclusiv în domeniul iluminatului, al acoperirilor și al fabricării și purificării metalelor. Printre exemplele acestora se numără:

• lumini cu arc electric cu halogenuri de metal utilizate în iluminatul public
• procese de acoperire cu plasmă care permit depunerea de acoperiri rezistente la uzură și la căldură pe suprafețe selectate
• utilizarea arcurilor electrice pentru tăierea și sudarea metalelor.

Pe măsură ce oamenii de știință au ajuns să înțeleagă mai bine structura și proprietățile plasmei, au evoluat noi tehnologii care au dus la o expansiune rapidă a utilizărilor plasmei reci sau non-termice. De exemplu, în fabricarea componentelor hardware ale computerelor, pentru fabricarea circuitelor integrate se folosesc procese precum depunerea chimică în fază de vapori îmbunătățită cu plasmă și gravura. Procesarea cu plasmă de acest tip a avut un rol esențial în proiectarea și fabricarea computerelor puternice și compacte și a telefoanelor mobile de uz curent.

Alte exemple de utilizări ale plasmei reci includ:

• iluminarea cu tuburi fluorescente
• televizoare cu plasmă
• controlul mediului – reducerea emisiilor de gaze poluante
• jucării cu minge cu plasmă.

Funcționarea televizoarelor cu plasmă

Ecranul plat este format din două panouri de sticlă transparentă care înglobează un strat subțire de pixeli. Fiecare pixel este alcătuit din trei celule umplute cu gaz. Gazul este un amestec de neon și xenon. Fiecare celulă este vopsită pe interior cu un fosfor care, atunci când este stimulat, va emite lumină vizibilă roșie, verde sau albastră. O rețea de electrozi minusculi permite alimentarea cu curent electric a fiecărei celule din pixel. Atunci când curge curentul, gazul din celulă se ionizează până la o stare de plasmă și, ca urmare, este emisă lumină UV. Fosforul care acoperă pereții celulei absoarbe această lumină UV și este stimulat să emită lumină vizibilă, fie roșie, verde sau albastră.

Câți pixeli are un ecran cu plasmă depinde de rezoluția ecranului. Un ecran cu plasmă cu o rezoluție de 1280 x 720 are 1280 x 720 = 921.600 de pixeli. Fiecare pixel are trei celule, astfel încât plasma cu o rezoluție de 1280 x 720 are 3 x 921.600 = 2.764.800 de celule individuale.

Prin variația impulsurilor de curent care trec prin diferitele celule, sistemul de control poate mări sau micșora intensitatea culorii fiecărei celule pentru a crea sute de combinații diferite de roșu, verde și albastru. În acest fel, sistemul de control poate produce culori pe întreg spectrul.

.