miniatura|Una lámpara de plasma. miniatura|Tormenta eléctrica. miniatura|Las luces de neón generan luz gracias al neón en estado de plasma que hay en su interior. miniatura|Una pista de plasma de transbordador espacial Atlantis durante la reentrada en la atmósfera de la Tierra, como se ha visto desde la Estación Espacial Internacional miniatura|Mecánica de medios continuos miniaturadeimagen|Arco de energía, electrodo central de una lámpara de plasma

En física y química, se denomina plasma (del latín plasma y del griego πλάσμα ‘formación’) al cuarto estado de agregación de la materia, un estado fluido similar al estado gaseoso pero en el que determinada proporción de sus partículas están eléctricamente cargadas (ionizadas) y no poseen equilibrio electromagnético, por eso son buenos conductores eléctricos y sus partículas responden fuertemente a las interacciones electromagnéticas de largo alcance. En cierta forma y de manera sintética, el plasma se puede caracterizar como un gas ionizado.

El plasma tiene características propias que no se dan en los sólidos, líquidos o gases, por lo que es considerado otro estado de agregación de la materia. Como el gas, el plasma no tiene una forma o volumen definido, a no ser que esté encerrado en un contenedor. El plasma bajo la influencia de un campo magnético puede formar estructuras como filamentos, rayos y capas dobles. Los átomos de este 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.Bittencourt, pp. 1-2.

Calentar un gas puede ionizar sus moléculas o átomos (reduciendo o incrementado su número de electrones para formar iones), convirtiéndolo en un plasma. La ionización también puede ser inducida por otros medios, como la aplicación de un fuerte campo electromagnético mediante un láser o un generador de microondas, y es acompañado por la disociación de los enlaces covalentes, si están presentes.

El plasma es el estado de agregación más abundante en el Universo, y la mayor parte de la materia visible se encuentra en estado de plasma, la mayoría del cual es el enrarecido plasma intergaláctico (particularmente el centro de intracúmulos) y en las estrellas.Se asegura ocasionalmente que más del 99% de la materia en el universo visible es plasma. Véase, por ejemplo, y Esencialmente, toda la luz visible del espacio viene de las estrellas, que son plasmas con una temperatura tal que emiten fuertemente radiación en longitudes de onda visibles. Sin embargo, la mayoría de la materia ordinaria (o bariónica) en el universo se encuentra en el espacio intergaláctico, que es también un plasma, pero mucho más caliente, así que emite radiación primeramente como rayos X. El consenso científico actual es que alrededor del 95% de la densidad de energía total en el universo no es plasma o cualquier otra forma de materia ordinaria, sino una combinación de materia oscura fría y energía oscura. El plasma se asocia principalmente con las estrellas.

Historia temprana thumb|Microcampo de plasma calculado con una simulación N-body.

Nota: Los electrones rápidos y los iones lentos. Resembla un cuerpo fluido El plasma fue identificado por primera vez en el laboratorio por sir William Crookes. Crookes presentó una conferencia sobre lo que denominó "materia radiante" ante la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia, en Sheffield, el viernes 22 de agosto de 1879. Sin embargo, los estudios sistemáticos del plasma comenzaron con las investigaciones de Irving Langmuir y sus colegas en la década de 1920. Langmuir también introdujo el término "plasma" como descripción del gas ionizado en 1928:

Lewi Tonks y Harold Mott-Smith, que trabajaron con Langmuir en los años 40, recuerdan que Langmuir utilizó por primera vez el término por analogía con el plasma sanguíneo. Mott-Smith recuerda, en particular, que el transporte de electrones de los filamentos termoiónicos le recordaba a Langmuir "la forma en que el plasma sanguíneo transporta los glóbulos rojos y blancos y los gérmenes".

Definiciones El cuarto estado de la materia El plasma es el cuarto estado de la materia después del sólido, el líquido y el gas.Yaffa Eliezer, Shalom Eliezer, the Fourth State of Matter: An Introduction to the Physics of Plasma, Publisher: Adam Hilger, 1989, , 226 pages, page 5 Es un estado de la materia en el que una sustancia ionizada se vuelve altamente conductora de la electricidad hasta el punto de que los campos eléctricos y magnéticos de largo alcance dominan su comportamiento. El plasma es típicamente un medio eléctricamente cuasineutral de partículas positivas y negativas no ligadas, es decir, la carga total de un plasma es aproximadamente cero. Aunque estas partículas no están unidas, no son "libres" en el sentido de no experimentar fuerzas. Las partículas cargadas en movimiento generan corrientes eléctricas, y cualquier movimiento de una partícula de plasma cargada afecta y se ve afectado por los campos creados por las otras cargas. A su vez, esto gobierna el comportamiento colectivo con muchos grados de variación.

El plasma se distingue de los demás estados de la materia. En particular, describir un plasma de baja densidad como un mero "gas ionizado" es erróneo y engañoso, a pesar de que es similar a la fase gaseosa en el sentido de que ambos no asumen una forma o volumen definidos. La siguiente tabla resume algunas de las principales diferencias: Propiedad Gas Plasma Interacciones Binaria: Las colisiones de dos partículas son la regla, las de tres cuerpos son extremadamente raras. Colectiva: Las olas, o movimiento organizado del plasma, son muy importantes porque las partículas pueden interactuar a grandes distancias a través de las fuerzas eléctricas y magnéticas. Resistividad y conductividad eléctricas Muy baja: Los gases son excelentes aislantes hasta intensidades de campo eléctrico de decenas de kilovoltios por centímetro. Muy alta: Para muchos propósitos, la conductividad de un plasma puede ser tratada como infinita. Especies que actúan de forma independiente Uno: Todas las partículas del gas se comportan de forma similar, influidas en gran medida por las colisiones entre ellas y por la gravedad. Dos o más: Los electrones y los iones poseen diferentes cargas y masas muy diferentes, por lo que se comportan de forma diferente en muchas circunstancias, surgiendo como resultado diversos tipos de ondas específicas del plasma e inestabilidades. Distribución de velocidad Maxwelliano: las colisiones generalmente conducen a una distribución de velocidad maxwelliana de todas las partículas de gas. A menudo no maxwelliano: Las interacciones de colisión son relativamente débiles en los plasmas calientes y las fuerzas externas pueden alejar el plasma del equilibrio local.

Plasma ideal Tres factores definen un plasma ideal:

La aproximación del plasma: La aproximación del plasma se aplica cuando el parámetro del plasma Λ, que representa el número de portadores de carga dentro de la esfera de Debye, es mucho mayor que la unidad. Se puede demostrar fácilmente que este criterio es equivalente a la pequeñez de la relación de las densidades de energía electrostática y térmica del plasma. Tales plasmas se denominan débilmente iónicos. Interacciones a granel: La longitud de Debye es mucho menor que el tamaño físico del plasma. Este criterio significa que las interacciones en el grueso del plasma son más importantes que las de sus bordes, donde pueden tener lugar efectos de frontera. Cuando se cumple este criterio, el plasma es cuasineutral. Sin colisiones: La frecuencia del plasma de electrones (que mide las oscilaciones de los electrones en el plasma) es mucho mayor que la frecuencia de colisión electrón-neutral. Cuando esta condición es válida, las interacciones electrostáticas dominan sobre los procesos de la cinética ordinaria del gas. Tales plasmas se denominan sin colisiones.

Plasma no neutro La fuerza y el alcance de la fuerza eléctrica y la buena conductividad de los plasmas suelen asegurar que las densidades de las cargas positivas y negativas en cualquier región considerable son iguales ("cuasineutralidad"). Un plasma con un exceso significativo de densidad de carga o, en el caso extremo, compuesto por una sola especie, se denomina plasma no neutro. En un plasma de este tipo, los campos eléctricos desempeñan un papel dominante. Algunos ejemplos son los haces de partículas cargadas, una nube de electrones en una trampa de Penning y los plasmas de positrones. Plasma polvoriento Un plasma polvoriento contiene diminutas partículas de polvo cargadas (típicamente encontradas en el espacio). Las partículas de polvo adquieren altas cargas e interactúan entre sí. Un plasma que contiene partículas más grandes se llama plasma de grano. En condiciones de laboratorio, los plasmas polvorientos también se denominan plasmas complejos.

Ejemplos de plasmas

miniatura|El Sol quizás sea el ejemplo de plasma más identificable.

Algunos ejemplos de plasmas son los siguientes:Plasma science and technology (en inglés)

+ Formas comunes de plasma Producidos artificialmentePlasmas terrestresPlasmas espaciales y astrofísicos: En los televisores o monitores con pantalla de plasma. En el interior de los tubos fluorescentes (iluminación de bajo consumo).IPPEX Glossary of Fusion Terms (en inglés) Consultado el 28 de octubre de 2011. En soldaduras de arco eléctrico bajo protección por gas (TIG, MIG/MAG, etc.). Materia expulsada para la propulsión de cohetes. La región que rodea al escudo térmico de una nave espacial durante su entrada en la atmósfera. El interior de los reactores de fusión nuclear. Las descargas eléctricas de uso industrial. Las bolas de plasma. Los rayos durante una tormenta. El Fuego de San Telmo. La ionosfera. Las auroras polares. Algunas llamas."Plasma and Flames – The Burning Question", (en inglés) Consultado el 8 November 2012 El viento polar, una fuente de plasma. El Sol y otras estrellas (Plasmas calentados por fusión nuclear). Los vientos solares. El medio interplanetario (la materia entre los planetas del sistema solar), el medio interestelar (la materia entre las estrellas) y el medio intergaláctico (la materia entre las galaxias). Los discos de acrecimiento. Las nebulosas intergalácticas. Ambiplasma

Aplicaciones

thumb|Las LCF son ejemplo de aplicación del plasma La física de plasmas puede encontrar aplicación en diversas áreas:Chen, pp. 13-16. Descargas de gas (electrónica gaseosa). Componente principal en los reactores de fusión nuclear, al tener capacidad única como estado de la materia de obtener su propio campo magnético al alcanzar altas temperaturas.

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. Los principales parámetros son los siguientes:

Neutralidad y especies presentes

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).

Longitudes