Plasma
(estado de la materia)
En física y química, se denomina plasma a un gas constituido
por partículas cargadas de iones libres
y cuya dinámica presenta efectos colectivos dominados
por las interacciones electromagnéticas de largo alcance entre las mismas. Con
frecuencia se habla del plasma como un estado de agregación de la materia con características propias,
diferenciándolo de este modo del estado gaseoso, en el que no existen efectos
colectivos importantes. Es también llamado el cuarto estado de la materia. Los
átomos de éste estado se mueven libremente. Cuanto más alta es la temperatura
más rápido se mueven los átomos en el gas y en el momento de colisionar la
velocidad es tan alta que se produce un desprendimiento de electrones.
El plasma tiene la característica especial de que
se puede manipular muy fácilmente por campos magnéticos y además esconductor
eléctrico.1
Parámetros de
un plasma
Puesto que existen plasmas en
contextos muy diferentes y con características diversas, la primera tarea de la
física del plasma es definir apropiadamente los parámetros que deciden el
comportamiento de un plasma. El conocimiento de estos parámetros permite al
investigador escoger la descripción más apropiada para su sistema. Los
principales parámetros son los siguientes:
El plasma está formado por igual
número de cargas positivas y negativas, lo que anula la carga total del
sistema. En tal caso se habla de un plasma neutro o casi-neutro. También
existen plasmas no neutros o inestables, como el flujo de electrones dentro de
un acelerador de partículas, pero requieren algún tipo
de confinamiento externo para vencer las fuerzas de repulsión electrostática.
Los plasmas más comunes son los
formados por electrones e iones. En general puede haber varias especies
de iones dentro del plasma, como moléculas ionizadas positivas (cationes) y otras
que han capturado un electrón y aportan una carga negativa (aniones).
Corte
por plasma
Antorcha para el corte por plasma.
La tecnología de uniones de piezas metálicas por
arco eléctrico vio sus éxitos en 1930 al construir un barco totalmente soldado
en Carolina del Sur en Estados Unidos, años después se introdujo mejoras en el
proceso como corriente alterna, y se utilizó protección como fundente
granulado.
En los años 40 se introdujo el primer proceso con
protección gaseosa empleando un electrodo no consumible de wolframio yhelio como
gas protector, recibió el nombre de TIG (Tungsten Inert Gas).
En 1954 Los científicos descubren que, al
aumentar el flujo del gas y reducir la abertura de la boquilla utilizada en lasoldadura TIG, se
obtiene un chorro de plasma.
Este chorro es capaz de cortar metales, lo que dio lugar al proceso de corte
por plasma conocido hoy en día.
Fundamentos físico-químicos
En la naturaleza podemos encontrar materia en
forma sólida, líquida o vapor, el plasma es el cuarto estado de la materia.
A muy elevadas temperaturas, los electrones tienen suficiente energía como para
escapar de su órbita alrededor del núcleo del átomo, generando iones de carga
positiva.
El plasma es el estado en el que se encuentran
las estrellas por su elevada temperatura. En la atmósfera terrestre solo
podemos conseguir el plasma por medios artificiales.
Al calentar un gas a temperaturas del orden de
50.000 ºC los átomos pierden electrones. Estos electrones libres se colocan en
los núcleos que han perdido sus propios electrones, convirtiéndose así en
iones. De esta forma el gas se convierte en plasma y por consecuencia tendremos
un conductor eléctrico gaseoso con alta densidad de energía.
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