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O plasma, que constitui 99% do universo visível, existe predominantemente nas estrelas e no espaço. Forma-se quando os elétrons se separam dos átomos, criando íons e elétrons livres, um estado que pode conduzir eletricidade e exibe comportamentos complexos.
O que é plasma?
O plasma é um dos quatro estados fundamentais da matéria, ao lado de gases, líquidos e sólidos. Embora a maioria das pessoas não pense plasma em suas vidas diárias, na maneira como pensam sobre outros estados da matéria, o plasma constitui 99% da matéria visível no universo. Isso inclui plasma astrofísico encontrado no espaço sideral, como dentro de nebulosas e estrelas como o Sol.
No plasma, alguns dos elétrons se separam e ficam livres de átomos neutros (átomos que possuem um número igual de prótons e elétrons e, portanto, uma carga neutra). Os elétrons livres resultantes tornam o plasma diferente dos outros estados da matéria, onde os elétrons permanecem próximos aos núcleos.
Quando os átomos do plasma se separam de seus elétrons carregados negativamente, eles não têm mais carga elétrica neutra. Em vez disso, os átomos tornam-se iões – partículas carregadas positivamente. Portanto, o plasma é um estado ionizado composto de íons carregados positivamente e elétrons carregados negativamente.
A aurora boreal se forma a partir de partículas que colidem em ondas no plasma da atmosfera terrestre. Crédito: Frank Olsen
Existem várias razões pelas quais os elétrons nos átomos podem se separar e formar plasma. Em experimentos de laboratório, os cientistas podem explodir os átomos com eletricidade de alta voltagem, lasers ou campos eletromagnéticos para formar plasma. No espaço, o plasma pode formar-se a partir de fontes de alta energia fótons incluindo raios gama atingindo átomos. O plasma também pode se formar no espaço quando a gravidade aumenta tanto a pressão que a pressão superaquece os gases. As altas temperaturas fazem com que os átomos colidam uns com os outros, resultando na separação dos elétrons dos átomos, criando plasma e o início de uma estrela.
Este processo de superaquecimento de gases para criar plasma sugere que gases e plasma têm uma relação semelhante à forma como o líquido pode ser uma forma aquecida de um sólido. Esta analogia nem sempre é correta. Por um lado, ao contrário do gás, o plasma pode conduzir eletricidade. Além disso, nos gases, todas as partículas se comportam de maneira semelhante. No plasma, entretanto, elétrons e íons se comportam e interagem de maneiras muito complexas, o que cria ondas e instabilidades.
Os plasmas vêm em vários tipos. A maior parte do plasma do universo é o que os pesquisadores chamam de plasma de alta temperatura. Nestes plasmas de alta temperatura, as temperaturas podem ser superiores a 10.000 graus Fahrenheit, e todos os átomos podem ser totalmente ionizados. Plasmas de baixa temperatura são diferentes. Os átomos são apenas parcialmente ionizados e podem ser incrivelmente frios – até mesmo em temperatura ambiente. Outro tipo incomum de plasma é o plasma de alta densidade energética, que os cientistas criam em laboratórios para estudar suas propriedades incomuns.
Fatos rápidos
Escritório de Ciência do DOE: Contribuições para a Pesquisa do Plasma
Estudar o plasma ajuda os cientistas a compreender a matéria. Também os ajuda a progredir em direção ao objetivo da energia de fusão. O Escritório de Ciência do Departamento de Energia (DOE) apoia pesquisas sobre plasma por meio de seus programas de Ciências da Energia de Fusão e Física Nuclear. A pesquisa sobre plasma financiada pelo DOE também melhorou a fabricação do semicondutores encontrado em tudo, desde telefones e computadores até carros. A experiência em plasma ajudou os pesquisadores dos Laboratórios Nacionais do DOE a desenvolver maneiras de controlar a criação de semicondutores em um átomonível por átomo.
