Mostrar código-fonte de Plasma

{{ver desambiguação}}
{{Mecânica do contínuo|Mecânica dos fluidos}}
Em [[física]] e em [[química]], o '''plasma''' (do [[latim]] ''plasma,'' e do [[Língua grega|grego]] πλάσμα, "formação") é um dos [[estados físicos da matéria]], similar ao [[gás]], no qual certa porção das partículas é [[Íon|ionizada]]. A premissa básica é que o aquecimento de um gás provoca a dissociação das suas [[Ligação covalente|ligações moleculares]], convertendo-o em seus [[átomo]]s constituintes. Além disso, esse aquecimento adicional pode levar à [[ionização]] (ganho ou perda de [[elétron]]s) dessas [[molécula]]s e dos átomos do gás, transformando-o em plasma contendo partículas carregadas (elétrons e íons positivos).<ref name="Sturrock" />

A presença de um número não desprezível de [[Portador de carga|portadores de carga]] torna o plasma [[Resistividade|eletricamente condutor]], de modo que ele responde fortemente a [[Campo eletromagnético|campos eletromagnéticos]]. O plasma, portanto, possui propriedades bastante diferentes das de [[sólido]]s, [[líquido]]s e [[Gás|gases]] e é considerado um estado distinto da matéria. Como o gás, o plasma não possui forma ou volume definidos, a não ser quando contido em um recipiente; diferentemente do gás, porém, sob a influência de um [[campo magnético]] ele pode formar estruturas como filamentos, raios e camadas duplas. Alguns plasmas comuns são as [[estrela]]s e placas de [[Néon|neônio]]. Mais de 90% de toda a [[matéria]] existente no [[universo]] está em ''estado plasma''.<ref name="Pantheon.ufrj.br (COPPE/UFRJ)">{{citar web|url=https://pantheon.ufrj.br/bitstream/11422/9284/1/876938.pdf|título=PROPRIEDADES TÉRMICAS E QUÍMICAS DE P3HB MODIFICADO POR PLASMA INDUTIVO|autor=Samuel Victorino Oliveira da Silva|data=abril de 2017|publicado=Pantheon.ufrj.br (COPPE/UFRJ)|acessodata=4 de agosto de 2021|arquivourl=|arquivodata=|urlmorta=}}</ref> Sendo este estado da [[Bárion|matéria]] mais comumente encontrado no rarefeito [[Espaço sideral|plasma intergaláctico]] e nas estrelas.<ref name="Pantheon.ufrj.br (COPPE/UFRJ)" />

O plasma foi primeiramente identificado em um [[tubo de Crookes]] e descrito por Sir [[William Crookes]] em 1879 (ele o denominava "matéria radiante").{{nota de rodapé|Crookes apresentou uma palestra na Associação Britânica para o Avanço da Ciência, em Sheffield, em 22 de agosto de 1879 [http://www.worldcatlibraries.org/wcpa/top3mset/5dcb9349d366f8ec.html] [http://www.tfcbooks.com/mall/more/315rm.htm]}} A natureza da matéria do "[[raio catódico]]" do tubo de Crookes foi depois identificada pelo físico britânico [[Joseph John Thomson|Sir J.J. Thomson]] em 1897{{nota de rodapé|Anunciado em sua palestra noturna no Royal Institution, de Londres, em 30 de abril de 1897, e publicado no Philosophical Magazine.<ref>{{citar periódico|autor =J.J. Thomson|título=Cathode Rays |periódico=Philosophical Magazine |volume=44 |página=293 |url=http://web.lemoyne.edu/~GIUNTA/thomson1897.html |ano=1897}}</ref>}} e chamado de "plasma" em 1928 por [[Irving Langmuir]],<ref name="langmuir1928">{{citar periódico|autor =I. Langmuir|doi=10.1073/pnas.14.8.627|título=Oscillations in ionized gases|periódico=Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.|volume=14|número=8|página=628|ano=1928|bibcode = 1928PNAS...14..627L }}</ref> devido à capacidade que o plasma das descargas elétricas tem de se moldar dentro dos tubos onde ele é gerado.<ref>{{citar livro|autor=BROWN, Sanborn C.|seção=A Short History of Gaseous Electronics|editor=HIRSH, Merle N. e OSKAM, H. J.|título=Gaseous Electronics|volume=1|local=Nova Yorque|editora=Academic Press|ano=1978|isbn=0-12-349701-9}}</ref> 

Langmuir escreveu:

<div style="border:1px solid #000000; {{}}; margin: 2px;">
:"''Com exceção das proximidades dos eletrodos, onde há ''bainhas'' contendo menos elétrons, o gás ionizado contém íons e elétrons em quantidades aproximadamente iguais, de modo que a carga espacial resultante é muito pequena. Nós usaremos o nome ''plasma'' para descrever esta região contendo cargas equilibradas de íons e elétrons.''"<ref name="langmuir1928"/>
</div>

Também é definido como [[gás]] no qual uma fração substancial dos [[átomos]] está [[ionização|ionizada]]. Um processo simples de ionização é aquecer o gás para que aumente o impacto eletrônico, por exemplo. Desse modo, o gás se torna o plasma quando a adição de [[calor]] ou outra forma de [[energia]] faz com que um número significante de seus átomos libere alguns ou todos os seus [[elétrons]]. Esses átomos que perdem elétrons ficam ionizados, ou seja, com uma carga positiva resultante, e os elétrons separados de seus átomos ficam livres para se mover pelo gás, interagindo com outros átomos e elétrons.

Por apresentar-se num estado fluido similar ao [[estado gasoso]], o plasma é comumente descrito  ou como o "quarto estado de agregação da matéria" (os três primeiros sendo  sólido, líquido e gasoso). Mas essa descrição não é muito precisa, pois a passagem de um gás para a forma de plasma não ocorre através de uma transição de fase bem definida, tal como nas transições do [[estado sólido]] para [[estado líquido|líquido]] e deste para gás. De todo modo, o plasma pode ser considerado como um estado distinto da matéria, caracterizado por possuir um número de partículas eletricamente carregadas que é suficiente  para afetar suas propriedades e comportamento. Os plasmas são bons [[condutor elétrico|condutores elétricos]], e suas partículas respondem fortemente a [[Interação eletromagnética|interações eletromagnéticas]] de grande alcance.<ref>{{es}} {{citar web |url=http://www-istp.gsfc.nasa.gov/Education/Mplasma.html |título=Plasma}}</ref>

Quando o número de átomos ionizados é relativamente pequeno, a interação entre as partículas carregadas do gás ionizado é dominada por processos colisionais, ou seja, que envolvem principalmente colisões binárias entre elas. Quando o número de partículas carregadas é substancial, a interação entre as partículas carregadas é dominada por processos coletivos, ou seja, a dinâmica de cada uma delas é determinada pelos campos elétricos e magnéticos produzidos por todas as outras partículas carregadas do meio. Neste caso, o gás ionizado passa a ser denominado plasma.<ref>{{Citar web|url=http://www.plasmas.org/basics.htm|titulo=Plasma Science and Technology - Basics - Overview|acessodata=2017-06-27|obra=www.plasmas.org}}</ref><ref>{{Citar web|url=http://www.plasmaphysics.org.uk/|titulo=Theoretical Principles of Plasma Physics and Atomic Physics|acessodata=2017-06-27|obra=www.plasmaphysics.org.uk}}</ref>

== História ==
[[Imagem:Space Shuttle Atlantis in the sky on July 21, 2011, to its final landing.jpg|thumb|Um rastro  de plasma do [[Atlantis (ônibus espacial)|ônibus espacial Atlantis]] durante a reentrada na [[Atmosfera da Terra]], vista desde a [[Estação Espacial Internacional]].]]

O termo "plasma" foi introduzida por [[Irving Langmuir]] (Prêmio [[Nobel de Química]] em 1932), quando estava estudando descargas elétricas em vapor de [[mercúrio (elemento químico)|mercúrio]], na década de 1920, no "General Electric Research Laboratory", nos [[Estados Unidos]]. Ele notou que as características do gás ionizado produzido nessas descargas eram razoavelmente uniformes em todo o seu volume e que ele se moldava à forma do tubo onde era produzido.

Após os estudos iniciais de Langmuir, as investigações científicas sobre plasmas ficaram limitadas, por algum tempo, a grupos envolvidos no desenvolvimento de [[válvulas eletrônicas]] e de [[micro-ondas]] ([[magnetron]]), principalmente em laboratórios industriais. No entanto, a partir do início de 1940, aproximadamente, houve um grande avanço na investigação da Física de Plasma na comunidade de [[astrofísica]], porque ficou claro que a maioria dos processos físicos relevantes em estrelas, [[galáxia]]s e no [[meio interestelar]] envolviam processos de plasma. Em particular, o físico indiano [[Subrahmanyan Chandrasekhar]], Prêmio [[Nobel de Física]] em 1983, desenvolveu modelos teóricos novos para estudar a dinâmica de galáxias e a [[evolução estelar]] utilizando vários conceitos de plasmas e o físico sueco [[Hannes Alfvén]], Prêmio Nobel de Física em 1970, descobriu as [[Onda de Alfvén|ondas magnetohidrodinâmicas]], que são excitadas em plasmas magnetizados, ao estudar os mecanismos de aquecimento da [[coroa solar]].<ref>{{citar web|url=http://mesonpi.cat.cbpf.br/e2006/graduacao/pdf_g1/G1-EscolaCBPF.pdf|titulo=Introdução à física de plasmas e suas aplicações tecnológicas|data=2006|acessodata=27/06/2017|publicado=VI Escola do CBPF|ultimo=Galvão|primeiro=Ricardo M. O.}}</ref>

== Plasmas comuns ==
Os plasmas são, de longe, os mais comuns [[estados da matéria]] do [[universo]], tanto em [[massa]] como em [[volume]].{{nota de rodapé|Afirma-se com frequência que 99% do material no universo visível é plasma.<ref>{{citar livro|autor =D. A. Gurnett, A. Bhattacharjee|título=Introduction to Plasma Physics: With Space and Laboratory Applications|ano=2005|url=http://books.google.com/?id=VcueZlunrbcC&pg=PA2|página=2|isbn=0521364833|publicado=Cambridge University Press|local=Cambridge, UK}}</ref><ref>{{citar livro|autor =K Scherer, H Fichtner, B Heber|título=Space Weather: The Physics Behind a Slogan|ano=2005|url=http://books.google.com/?id=irHgIUtLi0gC&pg=PA138|página=138|isbn=3540229078|publicado=Springer|local=Berlin}}</ref> Essencialmente, toda a [[luz visível]] que chega do espaço vem de estrelas, que são plasmas com uma temperatura tal que elas irradiam fortemente nos [[comprimentos de onda]] visíveis. A maior parte da matéria comum do universo, porém, se encontra no espaço intergaláctico, que também é um plasma, mas muito mais quente, de modo que ele irradia principalmente como [[raios X]]. O [[consenso científico]] atual é de que cerca de 96% da densidade de energia total do universo não é plasma ou qualquer outra forma de matéria comum, mas uma combinação de [[matéria escura]] fria e [[energia escura]].}} Todas as [[estrela]]s são feitas de plasma e mesmo o espaço entre as estrelas é preenchido com um plasma, embora muito esparso. No Sistema Solar, o planeta [[Júpiter (planeta)|Júpiter]] possui a maior parte dos não plasmas, apenas 0,1% da massa e 10−15% do volume no interior da órbita de [[Plutão]]. Grãos muito pequenos no interior de um plasma gasoso também assumem uma carga resultante negativa, de modo que eles podem atuar como um componente iônico fortemente negativo do plasma.

{| class="wikitable"
|+ Formas comuns de plasma
|-
! Produzidos artificialmente
! style="width: 11em;" | Plasmas terrestres
! style="width: 18em;" | Plasmas espaciais e [[Astrofísica|astrofísicos]]
|- style="vertical-align: top;"
|
* Aqueles encontrados em [[Tela de plasma|telas de plasma]], inclusive TVs.
* Interior de [[Lâmpada fluorescente|lâmpadas fluorescentes]] (luz de baixa energia), sinais de neônio.<ref>{{Citar web |url=http://ippex.pppl.gov/fusion/glossary.html |titulo=IPPEX Glossary of Fusion Terms |acessodata=2011-06-17 |arquivourl=https://web.archive.org/web/20080308225731/http://ippex.pppl.gov/fusion/glossary.html |arquivodata=2008-03-08 |urlmorta=yes }}</ref>
* Exaustão de foguetes e [[Propulsor de íons|propulsores de íons]].
* A área adiante do escudo térmico de uma [[nave espacial]], durante a reentrada na atmosfera terrestre.
* Interior da descarga de corona de um gerador de [[ozônio]].
* Pesquisa de energia de fusão nuclear.
* O [[arco elétrico]] em uma [[lâmpada a arco voltaico]], um arco de [[Soldagem|solda]] ou um maçarico de plasma.
* [[Globo de plasma]].
* Arcos produzidos em [[Bobina de Tesla|bobinas de Tesla]] (transformadores ressonantes de núcleo de ar ou bobinas interruptoras que produzem arcos similares a raios, mas com [[corrente alternada]], em vez de [[eletricidade estática]]).
* Plasmas utilizados na fabricação de circuitos integrados, inclusive gravação iônica reativa, [[pulverização catódica]], limpeza superficial por plasma e deposição de vapor químico induzida por plasma.
* Plasmas produzidos por [[laser]]s, encontrados quando lasers de alta potência interagem com materiais.
* Plasmas indutivos, tipicamente formados em gás [[argônio]] para [[espectroscopia]] de emissão óptica ou [[espectrometria de massa]].
* Plasmas magneticamente induzidos, tipicamente produzidos utilizando-se micro-ondas como método de acoplamento ressonante.
|
* [[Raio_(meteorologia)|Raios]]
* [[Raio globular|Raios globulares]]
*[[Fogo de santelmo]]
* ''[[Sprites]]''
* A [[ionosfera]]
* A [[aurora polar]]
* Os [[blue jets]] / blue starters
* Os [[elves]]
* O [[fogo-fátuo]]
|
* O [[Sol]] e outras [[estrela]]s <br>(plasmas aquecidos por [[fusão nuclear]])
* O [[vento solar]]
* O [[meio interplanetário]]<br>(espaço entre planetas)
* O [[meio interestelar]]<br>(espaço entre sistemas de estrelas)
* O [[Espaço sideral|meio intergaláctico]]<br>(espaço entre galáxias)
* O [[tubo de fluxo]] [[Io (satélite)|Io]] - [[Júpiter (planeta)|Júpiter]]
* [[Disco de acreção|Discos de acreção]]
* [[Nebulosa]]s interestelares
|}

== Propriedades e parâmetros ==
[[Imagem:plasma fountain.gif|thumb|200px|direita|Visão artística da fonte de plasma da [[Terra]], mostrando íons de [[oxigênio]], [[hélio]] e [[hidrogênio]] que jorram das regiões próximas aos polos para o espaço. A área fracamente amarela mostrada acima do polo norte representa gás perdido pela Terra para o espaço; a área verde é a [[Aurora polar|aurora boreal]], onde a energia do plasma flui de volta para a atmosfera.<ref>Plasma fountain [http://pwg.gsfc.nasa.gov/istp/news/9812/solar1.html Source], press release: [http://pwg.gsfc.nasa.gov/istp/news/9812/solarwind.html Solar Wind Squeezes Some of Earth's Atmosphere into Space]</ref>]]

=== Definição ===
O plasma é livremente descrito como um meio eletricamente neutro de partículas positivas e negativas (isto é, a carga total de um plasma é aproximadamente zero). É importante notar que, embora não tenham limites, essas partículas não são "livres". Quando as cargas se movem, elas geram correntes elétricas com campos magnéticos e, como resultado, cada uma é afetada pelos campos das outras. Isto determina o comportamento coletivo com muitos graus de liberdade.<ref name="Sturrock">{{citar livro |título=Plasma Physics: An Introduction to the Theory of Astrophysical, Geophysical & Laboratory Plasmas. |último=Sturrock |primeiro=Peter A. |local=Cambridge |editora=Cambridge University Press |ano=1994 |isbn=0521448107}}</ref><ref>{{citar livro|título=The Framework of Plasma Physics |autor =Hazeltine, R.D.; Waelbroeck, F.L. |ano=2004 |publicado=Westview Press. |isbn=0738200476 }}</ref> Uma definição pode ter três critérios:<ref name="Hazeltine">{{citar livro|autor =R. O. Dendy|título=Plasma Dynamics|url=http://books.google.com/?id=S1C6-4OBOeYC|publicado=Oxford University Press|ano=1990|isbn=0198520417}}</ref><ref>{{citar livro|autor =Daniel Hastings, Henry Garrett|título=Spacecraft-Environment Interactions|isbn=0521471281|publicado=Cambridge University Press|ano=2000}}</ref>

# '''A aproximação de plasma''': partículas carregadas devem estar suficientemente próximas, de modo que cada uma influencie muitas partículas carregadas na sua vizinhança, em vez de somente interagir com a mais próxima (esses efeitos coletivos são característicos de um plasma). A aproximação de plasma é válida quando o número de portadores de carga no interior da esfera de influência (chamada de '''esfera de Debye''', cujo raio é o [[comprimento de Debye]]) de uma partícula em particular é maior do que uma unidade, para que haja comportamento coletivo das partículas carregadas. O número médio de partículas na esfera de Debye é representado pelo parâmetro de plasma "Λ" (a letra [[Alfabeto grego|grega]] [[lambda]]).
# '''Interações de volume''': o comprimento de Debye (definido acima) é pequeno se comparado ao tamanho físico do plasma. Este critério significa que as interações no interior do plasma são mais importantes do que nas bordas, onde podem ocorrer efeitos de fronteira. Quando este critério é obedecido, o plasma é praticamente neutro.
# '''Frequência de plasma''': a frequência dos elétrons do plasma (medindo a oscilação da densidade dos elétrons do plasma) é alta se comparada à frequência de colisões entre elétrons e partículas neutras. Quando esta condição é válida, as interações eletrostáticas predominam sobre os processos da cinética normal dos gases.

=== Faixas dos parâmetros ===
Os parâmetros do plasma podem assumir valores que variam em muitas [[Ordem de magnitude|ordens de grandeza]], mas as propriedades dos plasmas com parâmetros aparentemente distintos podem ser muito similares. O quadro a seguir considera apenas plasmas atômicos convencionais e não fenômenos exóticos como os [[Plasma de quarks-glúons|plasmas de quarks-glúons]].

[[Imagem:Plasma scaling.svg|thumb|250px|'''Faixas dos plasmas'''. A densidade aumenta para cima, a temperatura aumenta para a direita. Os elétrons livres em um metal podem ser considerados um plasma de elétrons.<ref>{{citar periódico|autor =Peratt, A. L.|bibcode=1996Ap&SS.242...93P |título=Advances in Numerical Modeling of Astrophysical and Space Plasmas|ano=1966|periódico=Astrophysics and Space Science|volume=242|número=1–2|páginas=93–163|doi=10.1007/BF00645112}}</ref>]]

{|class=wikitable
!
!colspan=2|Faixas típicas dos parâmetros do plasma: ordens de grandeza (OG)
|-
!Características
!Plasmas terrestres
!Plasmas cósmicos
|-
|'''Comprimento'''<br>em metros
|10<sup>−6</sup> m (plasma de laboratório) até<br>10<sup>2</sup> m (raio) (~8 [[Ordem de magnitude|OG]])
|10<sup>−6</sup> m (bainhas de nave espacial) até<br>10<sup>25</sup> m (nebulosa intergaláctica) (~31 OG)
|-
|'''Tempo de vida'''<br>em segundos
|10<sup>−12</sup> s (plasma produzido por laser) até<br>10<sup>7</sup> s (luzes fluorescentes) (~19 OG)
|10<sup>1</sup> s (chama solar) até<br>10<sup>17</sup> s (plasma intergaláctico) (~16 OG)
|-
|'''Densidade'''<br>em partículas por<br> metro cúbico
|10<sup>7</sup> m<sup>−3</sup> até <br>10<sup>32</sup> m<sup>−3</sup> (plasma em confinamento inercial)
|1 m<sup>−3</sup> (meio intergaláctico) até<br>10<sup>30</sup> m<sup>−3</sup> (núcleo estelar)
|-
|'''Temperatura'''<br>em [[kelvin]]
|~0 K (plasma cristalino não neutro<ref>Ver [http://sdphca.ucsd.edu/ The Nonneutral Plasma Group] at the University of California, San Diego</ref>) até<br>10<sup>8</sup> K (plasma de fusão magnética)
|10<sup>2</sup> K (aurora) até<br>10<sup>7</sup> K (núcleo solar)
|-
|'''Campos magnéticos'''<br>em [[tesla (unidade)|tesla]]s
|10<sup>−4</sup> T (plasma de laboratório) até<br>10<sup>3</sup> T (plasma de pulso)
|10<sup>−12</sup> T (meio intergaláctico) até<br>10<sup>11</sup> T (perto de estrelas de nêutrons)
|}

=== Grau de ionização ===
A [[ionização]] é necessária para o plasma existir. O termo "densidade do plasma" usualmente se refere à "densidade de elétrons", isto é, o número de elétrons livres por unidade de volume. O grau de ionização de um plasma é a proporção de átomos que perderam (ou ganharam) elétrons e é controlado principalmente pela temperatura. Mesmo um gás parcialmente ionizado, em que somente 1% das partículas esteja ionizada, pode apresentar as características de um plasma, isto é, resposta a campos magnéticos e alta [[Resistividade|condutividade elétrica]]. O grau de ionização ''α'' é definido como ''α'' = ''n''<sub>i</sub>/(''n''<sub>i</sub> + ''n''<sub>a</sub>),  em que ''n''<sub>i</sub> é a densidade de íons e ''n''<sub>a</sub> é a densidade de átomos neutros. A ''densidade de elétrons'' está relacionada a ele pelo estado médio da carga <Z> dos íons, sendo que ''n''<sub>e</sub> = <Z> ''n''<sub>i</sub>, em que ''n''<sub>e</sub> é a densidade de elétrons.

=== Temperaturas ===
A temperatura do plasma é normalmente medida em [[kelvin]]s ou [[elétron-volt]]s e é, informalmente, uma medida da [[energia cinética]] térmica por partícula. Geralmente são necessárias temperaturas muito altas para sustentar a ionização, a qual é uma característica definidora de um plasma. O grau de ionização do plasma é determinado pela "temperatura do elétron" relativa ao [[potencial de ionização]] (e, com menos intensidade, pela densidade), numa relação chamada equação de Saha. Em baixas temperaturas, os íons e elétrons tendem a se recombinar para o seu estado ligado - átomos<ref name="Nicholson">{{citar livro|título=Introduction to Plasma Theory |último =Nicholson |primeiro = Dwight R. |ano=1983 |publicado=John Wiley & Sons |isbn=047109045X}}</ref> - e o plasma acaba se convertendo em um gás.

Na maioria dos casos os elétrons estão suficientemente próximos do equilíbrio térmico, de modo que sua temperatura é relativamente bem definida, mesmo quando há um desvio significativo de uma função de distribuição de energia [[Distribuição de Maxwell-Boltzmann|maxwelliana]], devido, por exemplo, a [[radiação ultravioleta]], a partículas energéticas ou a [[Campo elétrico|campos elétricos]] fortes. Por causa da grande diferente de massa, os elétrons chegam ao [[equilíbrio termodinâmico]] entre si muito mais rapidamente do que com os íons ou átomos neutros. Por esta razão, a "temperatura do íon" pode ser muito diferente (normalmente menor) da "temperatura do elétron". Isto é especialmente comum em plasmas tecnológicos fracamente ionizados, cujos íons estão frequentemente próximos à [[temperatura ambiente]].

Em função das temperaturas relativas dos elétrons, íons e partículas neutras, os plasmas são classificados como "térmicos" ou "não térmicos". Plasmas térmicos possuem elétrons e partículas pesadas à mesma temperatura, isto é, eles estão em equilíbrio térmico entre si. Plasmas não térmicos, por outro lado, possuem íons e átomos neutros a uma temperatura muito menor (normalmente temperatura ambiente), enquanto os elétrons são muito mais "quentes".

Um plasma é às vezes chamado de "quente" se ele está quase totalmente ionizado, ou "frio" se apenas uma pequena fração (por exemplo, 1%) das moléculas do gás estão ionizadas, mas outras definições dos termos "plasma quente" e "plasma frio" são comuns. Mesmo em um plasma "frio", a temperatura do elétron é tipicamente de várias centenas de graus Celsius. Os plasmas utilizados na "tecnologia de plasma" ("plasmas tecnológicos") são normalmente frios neste sentido.

=== Potenciais ===
[[Imagem:Lightning over Oradea Romania 3.jpg|thumb|300px|direita|O [[raio (meteorologia)|raio]] é um exemplo de plasma presente na [[superfície da Terra]]. Tipicamente, um raio descarrega {{Fmtn|30 000}} amperes a até 100 milhões de volts e emite luz, ondas de rádio, raios X e até raios gama.<ref>Ver [http://www.nasa.gov/vision/universe/solarsystem/rhessi_tgf.html Flashes in the Sky: Earth's Gamma-Ray Bursts Triggered by Lightning]</ref> As temperaturas do plasma num raio podem atingir ~{{Fmtn|28 000}} kelvin e as densidades de elétrons podem exceder 10<sup>24</sup> m<sup>−3</sup>.]]

Como os plasmas são muito bons condutores, os potenciais elétricos têm um papel importante. O potencial médio que existe no espaço entre partículas carregadas, independentemente da questão de como ele pode ser medido, é chamado de "potencial de plasma" ou "potencial do espaço". Se um [[eletrodo]] é inserido em um plasma, o seu potencial em geral ficará consideravelmente abaixo do potencial do plasma, devido à chamada bainha de Debye. A boa condutividade elétrica dos plasmas faz com que os seus campos elétricos sejam muito pequenos. Disso resulta o importante conceito de "quase neutralidade", que diz que a densidade das cargas negativas é aproximadamente igual à das cargas positivas para grandes volumes de plasma (''n''<sub>e</sub>&nbsp;=&nbsp;<Z>''n''<sub>i</sub>), mas na escala do [[comprimento de Debye]] pode haver desequilíbrio de cargas. No caso especial em que camadas duplas são formadas, a separação das cargas pode se estender por algumas dezenas de comprimentos de Debye.

A magnitude dos potenciais e campos elétricos pode ser determinada por outros meios do que simplesmente encontrando-se a [[densidade de carga]] resultante. Um exemplo comum é assumir que os elétrons satisfazem a [[Fórmula de entropia de Boltzmann|relação de Boltzmann]]:

:<math>n_e \propto e^{e\Phi/k_BT_e}</math>.

Diferenciando-se esta relação, obtém-se um meio para calcular o campo elétrico a partir da densidade:

:<math>\vec{E} = (k_BT_e/e)(\nabla n_e/n_e)</math>.

É possível produzir um plasma que não seja quase neutro. Um feixe de elétrons, por exemplo, só tem cargas negativas. A densidade de um plasma não neutro deve geralmente ser muito baixa, pois de outra forma ele será dissipado pela [[Lei de Coulomb|força eletrostática]] de repulsão.

Em plasmas [[Astrofísica|astrofísicos]], a triagem Debye (atenuação do campo elétrico provocada pela presença de portadores de carga móveis) impede que os [[Campo elétrico|campos elétricos]] afetem diretamente o plasma por grandes distâncias, isto é, maiores do que o comprimento de Debye. Mas a existência de partículas carregadas faz com que o plasma gere e seja afetado por [[Campo magnético|campos magnéticos]]. Isto pode causar (e efetivamente causa) um comportamento extremamente complexo, como a geração de camadas duplas no plasma, um objeto que separa as cargas por algumas dezenas de comprimentos de Debye. A dinâmica de plasmas interagindo com campos magnéticos externos e auto-gerados é estudada na [[disciplina]] acadêmica de [[magnetoidrodinâmica]].

=== Magnetização ===
Diz-se que um plasma com um campo magnético forte o suficiente para influenciar o movimento das partículas carregadas está magnetizado. Um critério quantitativo comum é que uma partícula em média completa pelo menos um giro em torno do campo magnético antes de participar de uma colisão, isto é, ω<sub>ce</sub>/ν<sub>coll</sub> > 1, onde ω<sub>ce</sub>  é a  "frequência de giro do elétron" e ν<sub>coll</sub> é a "taxa de colisão do elétron". Ocorre frequentemente de os elétrons estarem magnetizados e os íons não. Plasmas magnetizados são '''[[Anisotropia|anisotrópicos]]''', significando que as suas propriedades na direção do campo magnético são diferentes daquelas na direção perpendicular a ele. Enquanto os campos elétricos nos plasmas são geralmente pequenos devido à alta condutividade, o campo elétrico associado a um plasma movendo-se num campo magnético é dado por '''E''' = −'''v''' x '''B''' (onde '''E''' é o campo elétrico, '''v''' é a velocidade e '''B''' é o campo magnético) e não é afetado pela bainha de Debye.<ref>Richard Fitzpatrick, ''Introduction to Plasma Physics'', [http://farside.ph.utexas.edu/teaching/plasma/lectures/node10.html Magnetized plasmas]</ref>

=== Comparação das fases do plasma e do gás ===
O plasma é frequentemente chamado o ''quarto estado da matéria''. Ele é distinto de outros estados de baixa energia da matéria, [[sólido]], [[líquido]] e [[Gás|gasoso]]. Embora esteja proximamente relacionado com a fase gasosa pelo fato de não possuir forma ou volume, ele difere em um conjunto de fatores, inclusive os seguintes:

<table class="wikitable">

<tr  style="background:#eee; text-align:center; vertical-align:top;">
<td>'''Propriedade'''</td>
<td>'''Gás'''</td>
<td>'''Plasma'''</td>
</tr>

<tr valign=top>
<td style="background:#eee;">'''[[Resistividade|Condutividade Elétrica]]'''</td>
<td>'''Muito baixa'''
:[[Ar]] é um excelente [[Isolante elétrico|isolante]] até que ele se transforma em plasma em campos elétricos de mais de 30 kilovolts por centímetro.<ref>{{citar web|url=http://hypertextbook.com/facts/2000/AliceHong.shtml|título=Dielectric Strength of Air|ano=2000|primeiro =Alice|último =Hong|obra=The Physics Factbook}}</ref>
<td>'''Normalmente muito alta'''
:Para muitos propósitos, a condutividade de um plasma pode ser considerada infinita.
</td>
</tr>
<tr valign=top>
<td style="background:#eee;">'''Espécies atuando independentemente'''</td>
<td>'''Uma'''
:Todas as partículas de gás se comportam de forma similar, influenciadas pela [[gravidade]] e por [[Colisão|colisões]] entre si.</td>
<td>'''Duas ou três'''
:[[Elétrons]], [[íons]], [[prótons]] e [[nêutrons]] podem se distinguir pelo sinal e valor da sua [[Carga elétrica|carga]], de modo que eles se comportam independentemente em muitas circunstâncias, com diferentes velocidades e temperaturas, permitindo fenômenos como novos tipos de ondas e instabilidades.
</td>
</tr>

<tr valign=top>
<td style="background:#eee;">'''Distribuição de Velocidade''' </td>
<td>'''[[Distribuição de Maxwell-Boltzmann|Maxwelliana]]'''
:Colisões normalmente levam a uma distribuição Maxwelliana da velocidade de todas as partículas de gás, com muito poucas partículas relativamente rápidas. </td>
<td>'''Frequentemente não Maxwelliana'''
:Interações colisionais são frequentemente fracas em plasmas quentes e forças externas podem dirigir o plasma para longe do equilíbrio e levar a uma significativa população de partículas extraordinariamente rápidas.
</td>
</tr>
<tr valign=top>
<td style="background:#eee;">'''Interações'''</td>
<td>'''Binária'''
:Colisões de duas partículas são a regra, de três corpos são extremamente raras.</td>
<td>'''Coletiva'''
:Ondas, ou movimento organizado do plasma, são muito importantes porque as partículas podem interagir em faixas largas através das forças elétricas e magnéticas.
</td>
</tr>

</table>

== Fenômenos complexos ==
[[Imagem:Timeline of Tycho's Supernova Remnant.ogv|right|direita|thumb|300px|Vídeo: A [[Remanescente de supernova|remanescente]] da [[SN 1572|supernova de Tycho]], uma enorme bola de plasma em expansão. A camada externa mostrada em azul é emissão de raio-X por elétrons em alta velocidade.]]

Embora as equações fundamentais que governam os plasmas sejam simples, o comportamento do plasma é extraordinariamente variado e sutil: o aparecimento de comportamento inesperado de um modelo simples é uma característica típica de [[sistemas complexos]]. Tais sistemas se situam, em algum sentido, no limite entre o comportamento ordenado e o desordenado e tipicamente não podem ser descritos por funções matemáticas simples ou pela pura randomização. A formação espontânea de acidentes espaciais interessantes numa grande faixa de escalas de distância é uma manifestação da complexidade do plasma. Os acidentes são interessantes, por exemplo, porque eles são muito abruptos, espacialmente intermitentes (a distância entre os acidentes é muito maior do que os acidentes em si) ou têm forma de [[fractal]]. Muitos desses acidentes foram inicialmente estudados em laboratório e depois foram reconhecidos pelo universo. Exemplos da complexidade e de estruturas complexas nos plasmas incluem:

=== Filamentação ===
Estriamentos ou estruturas em forma de mola<ref>{{citar periódico|autor =Dickel, J. R.|bibcode=1990BAAS...22..832D |título=The Filaments in Supernova Remnants: Sheets, Strings, Ribbons, or?|ano=1990|periódico=Bulletin of the American Astronomical Society|volume= 22|página=832}}</ref> são vistos em muitos plasmas, como a bola de plasma, a [[aurora polar]],<ref>{{citar periódico|autor =Grydeland, T., ' |numero-autores=et al ||doi=10.1029/2002GL016362|título=Interferometric observations of filamentary structures associated with plasma instability in the auroral ionosphere|ano=2003|periódico=Geophysical Research Letters|volume=30|número=6|página=71|bibcode=2003GeoRL..30f..71G}}</ref> [[Raio (meteorologia)|raios]],<ref>{{citar periódico|autor =Moss, Gregory D., ' |numero-autores=et al ||doi=10.1029/2005JA011350|título=Monte Carlo model for analysis of thermal runaway electrons in streamer tips in transient luminous events and streamer zones of lightning leaders|ano=2006|periódico=Journal of Geophysical Research|volume=111|número=A2|páginas=A02307|bibcode=2006JGRA..11102307M}}</ref> [[Arco elétrico|arcos elétricos]], [[Erupção solar|erupções solares]]<ref>{{citar periódico|autor =Doherty, Lowell R.|doi=10.1086/148107|título=Filamentary Structure in Solar Prominences|ano=1965|periódico=The Astrophysical Journal|volume=141|página=251|último2 =Menzel|primeiro2 =Donald H.|bibcode=1965ApJ...141..251D}}</ref> e [[Remanescente de supernova|remanescentes de supernova]].<ref>{{Citar web |url=http://seds.lpl.arizona.edu/messier/more/m001_hst.html |titulo=Hubble views the Crab Nebula M1: The Crab Nebula Filaments |acessodata=2009-10-05 |arquivourl=https://web.archive.org/web/20091005084515/http://seds.lpl.arizona.edu/messier/more/m001_hst.html |arquivodata=2009-10-05 |urlmorta=yes }}</ref> Eles são às vezes associados com altas densidades de corrente e a interação com o campo magnético pode formar uma estrutura de [[Corrente de Birkeland|corda magnética]].<ref>{{citar periódico|autor =Zhang, Yan-An, ' |numero-autores=et al ||bibcode=2002ChA&A..26..442Z |título=A rope-shaped solar filament and a IIIb flare|ano=2002|periódico=Chinese Astronomy and Astrophysics|volume=26|número=4|páginas=442–450|doi=10.1016/S0275-1062(02)00095-4}}</ref>

A filamentação também se refere à auto-focalização de um pulso de [[laser]] de alta [[potência]]. Em alta potência, a parte não linear do [[índice de refração]] se torna importante e causa um índice de refração maior no centro do feixe de laser, onde o laser é mais brilhante, causando um feedback que focaliza o laser ainda mais. O laser com foco mais estreito tem um pico de brilho mais alto (irradiância), que forma um plasma. O plasma tem um índice de refração menor que um, fazendo com que o feixe de laser perca o foco. A inter-relação do índice de refração que focaliza com o plasma que desfocaliza provoca a formação de um longo filamento de plasma que pode ter comprimento de [[Micrômetro (unidade de medida)|micrômetros]] a quilômetros.<ref>{{citar periódico|autor =S. L. Chin|url=http://icpr.snu.ac.kr/resource/wop.pdf/J01/2006/049/S01/J012006049S010281.pdf|periódico=Journal of the Korean Physical Society|volume=49|ano=2006|página=281|título=Some Fundamental Concepts of Femtosecond Laser Filamentation}}</ref>

{{clr}}
{| class="wikitable"
|[[Imagem:Lightning3.jpg|x190px]]
|[[imagem:Plasma-lamp 2.jpg|x220px]]
|-
|Tempestade elétrica.
|'''[[Globo de plasma|Lâmpada de plasma]]''', ilustrando <br />alguns dos mais complexos <br />fenômenos de um plasma, <br />incluindo a filamentação. As cores <br />são resultado da relaxação de <br />elétrons em estado de excitação <br />para estados de menor energia, <br />quando eles se recombinam com <br />os íons. Esses processos emitem <br />luz num [[Espectro (física)|espectro]] característico <br />do gás sendo excitado.
|}{{clr}}

=== Choques ou camadas duplas ===
As propriedades do plasma mudam rapidamente (no espaço de poucos comprimentos de [[Debye]]), através de uma placa bidimensional na presença de um choque (em movimento) ou de uma camada dupla (estacionária). Camadas duplas envolvem a separação localizada da [[carga elétrica]], que causa uma grande [[diferença de potencial]] ao longo da camada, mas não gera um campo elétrico fora da camada. Camadas duplas separam regiões adjacentes de plasma com características físicas diferentes e são frequentemente encontradas em plasmas que contêm corrente. Elas aceleram tanto os íons quanto os elétrons.

=== Campos e circuitos elétricos ===
A quase neutralidade de um plasma requer que as correntes no plasma se fechem em si mesmas em [[circuitos elétricos]]. Esses circuitos seguem as [[leis de Kirchhoff]] de circuitos e possuem uma [[resistência elétrica]] e uma [[indutância]], devendo ser tratados como um sistema fortemente acoplado, em que o comportamento em cada região do plasma depende do circuito inteiro. É este forte acoplamento entre os elementos do sistema, junto com a não linearidade, que pode levar ao comportamento complexo. Os circuitos elétricos nos plasmas armazenam energia indutiva (magnética) e, no caso de rompimento do circuito, por exemplo por uma instabilidade do plasma, a energia indutiva é liberada como aquecimento e aceleração do plasma. Esta é uma explicação comum para o aquecimento que ocorre na [[coroa solar]]. As correntes elétricas, em particular as alinhadas com campos magnéticos (às vezes genericamente referidas como [[Corrente de Birkeland|correntes de Birkeland]]), são também observadas nas [[Aurora polar|auroras polares]] da Terra e em filamentos de plasma.

=== Estrutura celular ===
Placas estreitas com [[Gradiente de temperatura|gradientes]] bruscos podem separar regiões com diferentes propriedades como magnetização, densidade e temperatura, resultando em regiões similares a células. São exemplos a [[magnetosfera]], a [[heliosfera]] e a [[corrente heliosférica difusa]]. 

Como escreveu [[Hannes Alfvén]]: 

<div style="border:1px solid #000000; {{}}; margin: 2px;">
:"''Do ponto de vista ''[[Cosmologia|cosmológico]],'' a mais importante descoberta recente da pesquisa espacial é provavelmente a estrutura celular do espaço. Como foi visto em todas as regiões do espaço acessíveis a medições ''in situ'', há um número de 'paredes celulares', placas de correntes elétricas que dividem o espaço em compartimentos com diferentes magnetização, temperatura, densidade, etc.''"<ref>{{citar livro|autor =Hannes Alfvén|título=Cosmic Plasma|ano=1981|capítulo=section VI.13.1. Cellular Structure of Space|isbn=9027711518|publicado=Dordrecht}}</ref>
</div>

=== Velocidade crítica de ionização ===

A velocidade crítica de ionização é a velocidade relativa entre um plasma ionizado e um gás neutro, acima da qual ocorre um processo de ionização de fuga. O processo de ionização crítico é um mecanismo bastante geral para a conversão da [[energia cinética]] de um gás fluindo rapidamente em ionização e energia térmica do plasma. Fenômenos críticos são geralmente típicos de sistemas complexos e podem levar a abruptas características espaciais ou temporais.

=== Plasma ultrafrio ===
Plasmas ultrafrios são criados em armadilhas magneto-ópticas pela captura e resfriamento de átomos neutros a temperaturas de 1 mK ou menos, e depois usando outro [[laser]] para ionizar os átomos, dando a cada um dos elétrons mais externos a energia suficiente para escapar da atração elétrica do seu íon.

Uma vantagem dos plasmas ultrafrios é a sua condição inicial bem caracterizada e ajustável, incluindo o seu tamanho e a temperatura do elétron. Mudando-se o comprimento de onda do laser ionizador, a energia cinética dos elétrons liberados pode ser ajustada para tão baixo quanto 0,1 K, um limite imposto pela [[largura de banda]] de frequência do pulso de laser. Os íons herdam as temperaturas em milikelvin dos átomos neutros, mas são rapidamente aquecidos por um processo conhecido como aquecimento por desordem induzida. Este tipo de plasma ultrafrio não equilibrado evolui rapidamente e apresenta muitas outras características interessantes.<ref>{{citar livro|url=http://books.google.com/?id=rHo6IbakG2kC&pg=PA190|páginas=190–193|título=Plasma science: advancing knowledge in the national interest|autor =National Research Council (U.S.). Plasma 2010 Committee|publicado=National Academies Press|ano=2007|isbn=0309109434}}</ref>

Um dos estados metaestáveis de um plasma fortemente não ideal é a matéria de Rydberg, que se forma a partir da condensação de átomos excitados.

=== Plasma não neutro ===
A força e os limites de variação da força elétrica e a boa condutividade dos plasmas normalmente garantem que as densidades de cargas positivas e negativas em qualquer região de bom tamanho sejam iguais (quase neutralidade). Um plasma com um excesso significativo de densidade de carga ou que, em caso extremo, seja composto de uma única espécie, é chamado de plasma não neutro. Num plasma deste tipo, os campos elétricos têm um papel predominante. São exemplos os feixes de partículas carregadas, uma nuvem de elétrons numa [[armadilha de Penning]] e plasmas de [[pósitron]]s.<ref>{{citar periódico|autor =R. G. Greaves, M. D. Tinkle, and C. M. Surko|doi=10.1063/1.870693|título=Creation and uses of positron plasmas|ano=1994|periódico=Physics of Plasmas|volume=1|número=5|página=1439|bibcode = 1994PhPl....1.1439G }}</ref>

=== Plasma de pó e plasma de grãos ===
Um plasma de pó contém pequenas partículas carregadas de poeira (tipicamente encontrada no espaço), que também se comportam como um plasma. Um plasma que contém partículas maiores é chamado plasma de grãos.

== Descrições matemáticas ==
[[Imagem:Magnetic rope.svg|thumb|256px|As complexas linhas de campos magnéticos auto-comprimidas e caminhos de corrente em uma [[corrente de Birkeland]] alinhada ao campo que pode se desenvolver em um plasma.<ref>Ver [http://history.nasa.gov/SP-345/ch15.htm#250 Evolution of the Solar System]'', 1976)</ref>]]

Para se descrever completamente o estado de um plasma, seria necessário registrar todas as localizações e velocidades das partículas e descrever o campo magnético na região do plasma. Entretanto, geralmente não é prático nem necessário rastrear todas as partículas de um plasma, portanto os físicos normalmente usam descrições menos detalhadas, das quais existem dois tipos principais:

== Modelos de fluido ==
Modelos de fluidos descrevem o plasma em termos de quantidades simplificadas, como densidade e velocidade média em cada posição. Um modelo de fluido simples, [[magnetoidrodinâmica]], trata o plasma como um único fluido governado por uma combinação das [[equações de Maxwell]] e de [[Equações de Navier-Stokes|Navier-Stokes]]. Uma descrição mais geral é a do plasma de dois fluidos, em que os íons e elétrons são descritos separadamente. Os modelos de fluidos frequentemente são acurados quando o grau de colisões é suficientemente alto para manter a distribuição da velocidade do plasma próxima à [[distribuição de Maxwell-Boltzmann]]. Como os modelos de fluidos geralmente descrevem o plasma em termos de um único fluxo a uma determinada temperatura em cada localização espacial, eles não podem capturar estruturas espaciais da velocidade, como raios de luz ou camadas duplas, nem resolvem efeitos de partículas em ondas.

=== Modelos cinéticos ===
Os modelos cinéticos descrevem a função de distribuição da velocidade da partícula em cada ponto do plasma e, portanto, não precisam assumir uma [[distribuição de Maxwell-Boltzmann]]. Uma descrição cinética é frequentemente necessária para plasmas sem colisões. Existem duas abordagens comuns para a descrição [[cinética]] de um plasma. Uma se baseia na representação da função de distribuição simplificada num gráfico de velocidade e posição. A outra, conhecida como técnica da partícula na célula, inclui a informação da cinética seguindo-se a trajetória de um grande número de partículas individuais. Os modelos cinéticos são geralmente mais intensivos em [[computação]] do que os modelos de fluidos. A [[equação de Vlasov]] pode ser usada para descrever a dinâmica de um sistema de partículas carregadas interagindo com um campo eletromagnético. Em plasmas magnetizados, uma abordagem girocinética pode reduzir substancialmente o gasto computacional de uma simulação cinética completa.

== Plasmas artificiais ==
A maioria dos plasmas artificiais é gerada pela aplicação de campos elétricos e/ou magnéticos. Os plasmas gerados em laboratório e para uso industrial podem geralmente ser categorizados por:
* O tipo de fonte de força usada para gerar o plasma - [[corrente contínua]], [[radiofrequência]] e [[micro-ondas]].
* A pressão a que eles operam - pressão de vácuo (< 10 mTorr ou 1 Pa), pressão moderada (~ 1 Torr ou 100 Pa), pressão atmosférica (760 Torr ou 100 kPa).,
* O grau de ionização no interior do plasma - total, parcial ou fracamente ionizado.
* As relações de temperatura no interior do plasma - plasma térmico (''T<sub>e</sub>''&nbsp;= ''T''<sub>ion</sub>&nbsp;= ''T''<sub>gas</sub>), plasma não térmico ou "frio" (''T<sub>e</sub>''&nbsp;>> ''T''<sub>ion</sub>&nbsp;= ''T''<sub>gas</sub>).
* A configuração do [[eletrodo]] usado para gerar o plasma.
* A magnetização das partículas no interior do plasma - magnetizado (tanto íons quanto elétrons são capturados em órbitas de Larmor pelo campo magnético), parcialmente magnetizados (os elétrons, mas não os íons, são capturados pelo campo magnético), não magnetizados (o campo magnético é fraco demais para capturar as partículas em órbitas, mas pode gerar [[Força de Lorentz|forças de Lorentz]]).
* A aplicação.

=== Geração do plasma artificial ===
Assim como há muitos usos para o plasma, há várias formas para a sua geração, entretanto um princípio é comum a todos eles: deve haver fornecimento de energia para produzi-lo e sustentá-lo.<ref name="Hippler" /> O plasma é gerado quando uma [[corrente elétrica]] é aplicada através de um gás ou um fluido dielétrico (um material não [[Condutor elétrico|condutor de eletricidade]]), como pode ser visto na imagem abaixo, que mostra um tubo de gás como um exemplo ([[corrente contínua]] usada por simplicidade)

A [[Tensão elétrica|diferença de potencial]] e o [[campo elétrico]] subsequente atraem os elétrons mais externos (negativos) em direção ao [[anodo]] (eletrodo positivo), enquanto o [[catodo]] (eletrodo negativo) atrai os núcleos.<ref name="Chen">{{citar livro|título=Plasma Physics and Controlled Fusion |último =Chen |primeiro =Francis F. |ano=1984 |publicado=Plenum Press |isbn=0306413329}}</ref> À medida que a tensão aumenta, a corrente leva o material (por polarização elétrica) além do seu limite dielétrico (chamado [[rigidez dielétrica]]), num estágio de ruptura elétrica marcado por uma [[Centelha (eletricidade)|centelha elétrica]], em que o material passa de [[Isolante elétrico|isolante]] a [[condutor elétrico]], tornando-se cada vez mais ionizado. Este é um estágio de ionização em avalanche, em que as colisões entre elétrons e átomos neutros de gás criam mais íons e elétrons, como pode ser visto na figura à direita. O primeiro impacto de um elétron em um átomo resulta em um íon e dois elétrons. Portanto, o número de partículas carregadas aumenta rapidamente (aos milhões) somente após cerca de 20 conjuntos sucessivos de colisões,<ref name="Leal-Quiros" /> devido principalmente a um menor caminho livre médio (distância média percorrida entre as colisões).

Com densidade de corrente e ionização suficientes, forma-se um [[arco elétrico]] luminoso (essencialmente um [[Raio (meteorologia)|raio]]) entre os eletrodos. {{nota de rodapé|O material atravessa vários 'regimes' ou estágios (por exemplo, saturação, ruptura, luminescência, transição e arco térmico) à medida que a tensão elétrica é aumentada sob a relação tensão-corrente. A tensão atinge o seu máximo no estágio de saturação e a partir daí passa por flutuações nos vários estágios, enquanto a corrente aumenta progressivamente por todo o ciclo.<ref name="Leal-Quiros">{{citar periódico|autor =Leal-Quirós, Edbertho |ano=2004 |título=Plasma Processing of Municipal Solid Waste |periódico= Brazilian Journal of Physics |volume=34 |número=4B |página=1587 |bibcode = 2004BrJPh..34.1587L }}</ref>}} A [[resistência elétrica]] ao longo do arco elétrico contínuo gera calor, que ioniza mais moléculas de gás (quando o grau de ionização é determinado pela temperatura) e, pela sequência [[sólido]] - [[líquido]] - [[gás]] - plasma, o gás é gradualmente transformado em um plasma térmico. {{nota de rodapé|Na literatura, não parece haver uma definição estrita sobre onde se localiza a fronteira entre um gás e o plasma. Entretanto, basta dizer que a 2000°C as moléculas de gás se tornam atômicas e ionizadas a 3000°C e "neste estado, o gás tem um viscosidade similar a um líquido a pressão atmosférica e as cargas elétricas livres conferem condutividades elétricas relativamente altas que podem se aproximar das de metais."<ref name="Gomez" />}} Um plasma térmico está em [[equilíbrio térmico]], o que significa que a temperatura é relativamente homogênea entre as partículas pesadas (isto é, átomos, moléculas e íons) e elétrons. Isto ocorre porque quando os plasmas térmicos são gerados, é cedida [[Energia potencial elétrica|energia elétrica]] aos elétrons, os quais, pela sua grande mobilidade e grande número, são capazes de dispersá-la rapidamente e sem perda de energia (por [[colisão elástica]]) para as partículas pesadas.<ref name="Gomez" /> {{nota de rodapé|Note que plasmas não térmicos ou não equilibrados não são tão ionizados e têm densidades energéticas menores, logo a temperatura não é distribuída por igual entre as partículas, com o que algumas pesadas permanecem 'frias'.}}

{{clr}}
{| class="wikitable"
|[[Imagem:Cascade-process-of-ionization.svg|x200px]]
|[[imagem:Plasma jacobs ladder.jpg|x200px]]
|[[imagem:Simple representation of a discharge tube - plasma.png|x200px]]
|-
|Processo de ionização <br />em cascata.  Elétrons <br />são ‘e−’, átomos neutros <br />‘o’, e cátions ‘+’.
|Plasma artificial produzido <br />no ar por uma escada de Jacob.
|Representação simples de um tubo <br />de descarga de corrente contínua.
|}{{clr}}

=== Exemplos de plasmas industriais/comerciais ===
[[Imagem:NeTube.jpg|thumb|Lâmpadas de [[néon]] geram luz graças ao plasma que existe no seu interior.]]
Devido às suas faixas consideráveis de temperaturas e densidades, os plasmas encontram aplicações em muitos campos da pesquisa, [[tecnologia]] e [[indústria]], como por exemplo: [[metalurgia]] industrial e extrativa,<ref name="Gomez">{{citar periódico|doi=10.1016/j.jhazmat.2008.04.017 |autor =Gomez, E., Rani, D.A., Cheeseman, C.R., Deegan, D., Wise, M., Boccaccini, A.R. |ano=2009 |título=Thermal plasma technology for the treatment of wastes: A critical review |periódico=Journal of Hazardous Materials |volume=161 |número=2–3 |páginas=614–626 |pmid=18499345 }}</ref> tratamentos superficiais como projeção térmica (recobrimento), [[Água-forte|gravação]] em [[microeletrônica]],<ref name="NRC">{{citar livro|autor = National Research Council |ano=1991 |título=Plasma Processing of Materials : Scientific Opportunities and Technological Challenges. |publicado=National Academies Press |isbn= 0309045975 }}</ref> corte e [[soldagem]] de metais;<ref name="Nemchinsky">{{citar periódico|doi=10.1088/0022-3727/39/22/R01 |autor =Nemchinsky, V.A., Severance, W.S. |ano=2006 |título=What we know and what we do not know about plasma arc cutting |periódico=J. Phys. D: Appl. Phys. |volume=39 |número=22 |páginas=R423–R438 |bibcode = 2006JPhD...39R.423N }}</ref> além disso, são usados na limpeza de gases de exaustão veiculares e em [[Lâmpada fluorescente|lâmpadas fluorescentes]] e [[Eletroluminescência|luminescentes]],<ref name="Hippler">{{citar livro|editor=Hippler, R., Kersten, H., Schmidt, M., Schoenbach, K.M. |ano=2008 |título=Low Temperature Plasmas: Fundamentals, Technologies, and Techniques |capítulo=Plasma Sources |publicado=Wiley-VCH |edição=2 |isbn=3527406735 }}</ref> além de ter participação em [[Motor Scramjet|motores de combustão supersônicos]] para a [[engenharia aeroespacial]].<ref name="Peretich">{{citar periódico|autor =Peretich, M.A., O’Brien, W.F., Schetz, J.A. |ano=2007 |título=Plasma torch power control for scramjet application |publicado=Virginia Space Grant Consortium |url=http://www.vsgc.odu.edu/src/SRC07/SRC07papers/Mark%20Peretich%20_%20PaperFinal%20Report.pdf |acessodata=12 de abril de 2010 }}</ref>

==== Descargas de baixa pressão ====
''Plasmas de descarga luminescente'': plasmas não térmicos gerados pela aplicação de corrente contínua ou campo elétrico RF (radiofrequência) de baixa frequência (< 100&nbsp;kHz) no espaço entre dois eletrodos metálicos. Provavelmente o plasma mais comum, é o tipo gerado no interior dos tubos de [[Lâmpada fluorescente|lâmpadas fluorescentes]].<ref>{{citar web|url=http://www-spof.gsfc.nasa.gov/Education/wfluor.html |título=The Fluorescent Lamp: A plasma you can use. |autor =Dr. David P. Stern |acessodata=2010-05-19}}</ref>

''Plasmas capacitivos'': similares aos plasmas de descarga luminescente, mas gerados por campos elétricos RF de alta frequência, tipicamente 13,56&nbsp;MHz. Eles diferem da descarga luminescente em que as bainhas são muito menos intensas. São largamente utilizados em microfabricação e na produção de [[Circuito integrado|circuitos integrados]] na gravação por plasma e na deposição de vapor químico induzida pelo plasma.<ref>{{citar periódico |último1=Sobolewski |primeiro1=M.A. |último2=Langan & Felker |primeiro2=J.G. & B.S. |ano=1997 |título=Electrical optimization of plasma-enhanced chemical vapor deposition chamber cleaning plasmas |publicado=J. Vac. Sci. Technol. B |volume=16 |número=1 |páginas=173–182 |url=http://physics.nist.gov/MajResProj/rfcell/Publications/MAS_JVSTB16_1.pdf |jornal= |acessodata=2011-06-17 |arquivourl=https://web.archive.org/web/20090118212957/http://www.physics.nist.gov/MajResProj/rfcell/Publications/MAS_JVSTB16_1.pdf |arquivodata=2009-01-18 |urlmorta=yes }}</ref>

''Plasmas indutivos'': similares aos capacitivos e com aplicações similares, mas o eletrodo consiste de uma bobina revestindo o volume da descarga, que indutivamente excita o plasma.

''Plasmas aquecidos por ondas'': similares aos capacitivos e indutivos, no sentido de que são gerados tipicamente por radiofrequência ou micro-ondas, mas são aquecidos tanto por meios eletrostáticos quanto eletromagnéticos.

==== Pressão atmosférica ====
''Descarga de arco'': descarga térmica de alta potência e temperatura muito alta (~ {{Fmtn|10000}} K). Pode ser gerado utilizando-se várias fontes de energia. É comumente usado em processos metalúrgicos, como, por exemplo, para fundir rochas contendo Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> para produzir [[alumínio]].

''[[Descarga de corona]]'': descarga não térmica gerada pela aplicação de alta tensão em eletrodos de ponta aguda. É comumente usado em geradores de [[ozônio]] e precipitadores de partículas.

''Descarga de barreira dielétrica'': descarga não térmica gerada pela aplicação de altas tensões em pequenos espaços, enquanto um revestimento não condutor impede a transição da descarga de plasma em um arco. É com frequência chamado inadequadamente "descarga de corona" na indústria e tem aplicação similar a esta. É também largamente utilizado no tratamento de tecidos.<ref>{{citar periódico|autor =F. Lerou |numero-autores=et al | |título=Atmospheric air plasma treatments of polyester textile structures|periódico=Journal of Adhesion Science and Technology|volume=20|número=9|páginas=939–957|ano=2006|doi=10.1163/156856106777657788}}</ref> A aplicação da descarga em tecidos sintéticos e plásticos finaliza a superfície e permite a aderência de tintas, colas e materiais similares.<ref>{{citar periódico|autor =F. Lerou |numero-autores=et al |doi=10.1016/j.jcis.2008.09.062|título=Polypropylene film chemical and physical modifications by dielectric barrier discharge plasma treatment at atmospheric pressure|ano=2008|periódico=Journal of Colloid and Interface Science|volume=328|página=412|pmid=18930244|número=2}}</ref>

''Descarga capacitiva'': plasma não térmico gerado pela aplicação de radiofrequência (por exemplo, de 13,56&nbsp;MHz) a um eletrodo, com um eletrodo [[Terra (eletricidade)|aterrado]] mantido a uma separação da ordem de 1&nbsp;cm. Essas descargas são normalmente estabilizadas usando-se um gás nobre como o [[hélio]] ou o [[argônio]].

== Aplicações ==
{{Principal|Fusão nuclear|Stellarator|Tokamak}}
{{AP|vt=s|ITER|Wendelstein 7-X}}

Uma das motivações para o desenvolvimento da Física de Plasma veio da investigação do processo de fusão termonuclear para produção de [[energia]]. Para que núcleos leves se fundam, produzindo energia a partir do processo de fusão nuclear, é necessário que colidam com energia suficiente para vencer a [[Barreira de Coulomb]], ou seja, que tenham energia suficiente para se aproximarem uma distância da ordem do raio nuclear, apesar da repulsão [[eletrostática]] entre eles. Os estudos iniciais demonstraram que não era viável utilizar [[Acelerador de partículas|aceleradores de partículas]] para este fim, porque a energia gasta para acelerar os núcleos reagentes é superior à energia obtida com o processo de fusão, de forma que não há ganho energético no processo completo.

No entanto, é possível conseguir ganho fazendo que o processo de fusão ocorra num gás altamente aquecido porque, devido à distribuição Maxwelliana de energia entre partículas, numa temperatura suficientemente alta, haverá sempre partículas com energia suficiente para vencer a barreira coulombiana e se fundirem. Basicamente a temperatura do gás tem que ser alta o suficiente para que a [[energia térmica]] seja da ordem da energia de repulsão coulombiana e a energia produzida pelas reações de fusão seja maior que a perdida por radiação, em particular radiação de [[bremsstrahlung]]. Isso fez com que a pesquisa para desenvolvimento de reatores à fusão levasse a um rápido avanço da Física de Plasma, nas quatro últimas décadas.

A [[fusão nuclear]] dos [[isótopo]]s do [[hidrogênio]] [[deutério]] e [[trítio]], pode gerar [[nêutron]]s, resultando em emissões de radiações perigosas.<ref name="SBPC">{{citar web|url=http://cienciaecultura.bvs.br/pdf/cic/v68n4/v68n4a07.pdf|título=Física: Mineração de hélio-3 na lua|autor=Victoria Flório|data=dezembro de 2016|publicado=[[Sociedade Brasileira para o Progresso da Ciência]]|acessodata=6 de agosto de 2021|arquivourl=|arquivodata=|urlmorta=}}</ref> Entretanto, a [[Fusão aneutrônica|fusão nuclear aneutrônica]] (''sem a emissão de nêutrons'') é livre destas radiações.<ref name="Power Electronics News">{{citar web|url=https://www.powerelectronicsnews.com/efss-aneutronic-fusion-reactor-project/|título=EFS’s Aneutronic Fusion Reactor Project|autor=Maurizio Di Paolo Emilio|data=7 de julho de 2021|publicado=Power Electronics News {{en}}|acessodata=6 de agosto de 2021|arquivourl=|arquivodata=|urlmorta=}}</ref> O uso de combustíveis aneutrônicos ([[boro]], [[lítio]], [[hélio-3]], etc.),<ref name="SBPC"/> combinado com [[confinamento inercial]] a [[laser]],<ref name="Power Electronics News"/> torna esta forma de fusão possível. 

A pesquisa em fusão nuclear permitiu descobrir várias aplicações tecnológicas de plasmas que forma sendo gradualmente incorporadas em processos industriais a partir dos anos sessenta, em particular na indústria eletrônica. Atualmente, mais de 85% de todos os processos utilizados nessas indústrias envolvem algum tipo de plasma. Além disso, a utilização de plasmas permitiu o desenvolvimento de novos materiais, como filmes finos de [[diamante]]s, [[fulereno]]s e [[nanotubo]]s, materiais resistentes à corrosão e muitos outros. Por isso, há uma intensa atividade em todo o mundo, tanto em laboratórios de pesquisa acadêmica como industriais, dedicada ao desenvolvimento de aplicações tecnológicas de plasmas, de forma que a utilização de plasmas de baixa temperatura para manufatura e processamento de materiais avançados constitui uma nova fronteira da Física de Plasma.<ref>{{Citar periódico|ultimo=Chen|primeiro=Francis F.|data=1995-06-01|titulo=Industrial applications of low‐temperature plasma physics|jornal=Physics of Plasmas|volume=2|numero=6|paginas=2164–2175|issn=1070-664X|doi=10.1063/1.871477|url=http://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.871477}}</ref>

{{clr}}
{| class="wikitable"
|[[imagem:Reator Indutivo.jpg|x170px]]
|[[Imagem:CNC Plasma Cutting.ogv|x170px]]
|[[imagem:MAST plasma image.jpg|x170px]]
|-
|Reator indutivo de plasma <br />da [[COPPE]]/[[UFRJ]].<ref>{{citar web|url=https://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:GXzyf1wwFKEJ:https://www.cetem.gov.br/antigo/jornadas/jornada-de-iniciacao-cientifica/item/download/2725_c8933875dfe608e89fdb95d19cfc6268+&cd=28&hl=pt-BR&ct=clnk&gl=br|título=EFEITO DO PROCESSAMENTO POR PLASMA NA REDUÇÃO DE UMIDADEDE MINÉRIO DE FERRO|autor=Caio Sérgio Brum de Paiva Lopes|data=junho de 2019|publicado=[[Centro de Tecnologia Mineral]]|acessodata=4 de agosto de 2021|arquivourl=|arquivodata=|urlmorta=}}</ref>
|[[Tocha de plasma|Tocha / maçarico de plasma]] <br />(''ver: [[Corte a plasma]]'').
|Plasma gerado no interior do <br />MAST (''[[Mega Ampere Spherical Tokamak|Mega Ampere <br />Spherical Tokamak]]'') do <br />''[[Culham Centre for Fusion Energy|Culham Centre for Fusion <br />Energy]]'' do [[Reino Unido]].<ref>{{citar web|url=https://www.popularmechanics.com/science/energy/a34590883/nuclear-fusion-mast-tokamak-reactor-spherical-shape/|título=The Shape of This Machine Could Finally Move Fusion Forward|autor=Caroline Delbert |data=9 de novembro de 2020|publicado=[[Popular Mechanics]] {{en}}|acessodata=|arquivourl=|arquivodata=|urlmorta=}}</ref>
|}{{clr}}

== Ver também ==
* [[Comprimento de Debye]]
* [[Magnetoidrodinâmica]]
* [[Nikola Tesla]]
* [[Plasma de quarks-glúons]]

{{Notas}}

{{Referências|col=3}}

== Ligações externas ==
* [http://www.freebookcentre.net/Physics/Plasma-Physics-Books.html Livros e notas de aula sobre física de plasma]
* [http://fusedweb.pppl.gov/CPEP/Chart_Pages/5.Plasma4StateMatter.html Plasmas: o quarto estado da matéria]
* [http://www.plasmas.org/ Ciência dos Plasma e Tecnologia]
* [http://plasma-gate.weizmann.ac.il/directories/plasma-on-the-internet/ Plasma na Internet]- uma lista de links relacionados.
* Introduction to Plasma Physics: [https://web.archive.org/web/20100104142353/http://farside.ph.utexas.edu/teaching/plasma/lectures/lectures.html Curso de pós-graduação de  Richard Fitzpatrick]|[http://silas.psfc.mit.edu/introplasma/index.html M.I.T. Introduction por I.H.Hutchinson]

{{portal3|Cosmologia|Física|Tecnologia}}

[[Categoria:Fases da matéria]]
[[Categoria:Física de plasmas]]