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“Tecnología Industrial”  

 Año de la Inversión para el Desarrollo Rural y la Seguridad Alimentaria”

FACULTAD DE I!EIER"A AD#IISTRATI$A E I!EIER"A IDUSTRIAL

CARRERA %R&FESI&AL DE'I!EIER"A IDUSTRIAL

 ASI!ATURA ' Te(nolog)a Industrial

CICL& ' $I*TUR& &C+E

TE#A ' Estado %lasmati(o

D&CETE ' I!, Liñan

Integrantes ' * Andy Ramos Reyes

* Ivan %orras Ro-as

FEC+A ' ./01102.13

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SE#ESTRE ACADE#IC& ' 2.13 * III

LI#A * %ERU

2.13

"ndi(e

Definición 1-2

 Ejemplos de plasmas 2-3

 Aplicaciones 3-4

Propiedades 4-5

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“Tecnología Industrial”  

Parámetros de un plasma   5-6

Modelos teóricos   6-9

onclusiones 1!

"i#liogra$%a   11

EL ESTADO PLASATI!O

La de4ini(ión 5ue se enseña nos di(e' 6El plasma es un (on-unto (uasineutral de part)(ulas (onportadores li7res de (arga el8(tri(a9 el (ual desarrolla (omportamiento (ole(tivo6, Anali(emos por partes esta de4ini(ión, Lo m:s importante es 5ue en el plasma se en(uentran portadores de (argael8(tri(a li7res, Los :tomos est:n al menos par(ialmente ioni;ados, El grado de ioni;a(ión no tiene

5ue ser muy grande9 si el tamaño de la 4orma(ión de plasma es lo su4i(ientemente e<tensa,%re(isamente un plasma se di4eren(ia de un gas por el 5ue =aya portadores li7res de (arga en elprimero, El plasma es (ondu(tivo y rea((iona 4uertemente a los (ampos el8(tri(os y magn8ti(os, La

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segunda (ualidad es la (uasineutralidad, Supongamos 5ue visto mi(ros(ópi(amente un (iertovolumen tiene en promedio siempre la misma (antidad de part)(ulas positivas y negativas, Desdea4uera el plasma se (omporta (omo si 4uera un 4luido sin (arga >l)5uido o gas?, La e<igen(ia de(uasineutralidad toma en parte de la de4ini(ión de plasma lo de ser un (on-unto de part)(ulas(argadas9 las (uales di4ieren solamente un po(o (ualitativamente en 8sta (ara(ter)sti(a >o sea9 unplasma es @(asi” neutral9 pero no lo es (ompletamente?, La ltima parte de la de4ini(ión de plasma essu (omportamiento (ole(tivo, Con esto se entiende 5ue el plasma es (apa; en su (on-unto depro(esos de generar (ampos magn8ti(os y el8(tri(os9 (ampos a los (uales a su ve; puederea((ionar, La de4ini(ión de plasma no in(luye los (on-untos de part)(ulas (argadas donde la (antidadde part)(ulas positiva y negativamente (argadas no sea apro<imadamente la misma9 ya 5ue no llenanel re5uerimiento de (uasineutralidad, Tampo(o se in(luyen los gases muy d87ilmente ioni;ados9(omo son las llamas de las velas >no llenan el re5uerimiento de (omportamiento (ole(tivo?, El(on(epto de plasma 4ue usado por primera ve; por IrBing Langmuir >11*1?,

En 4)si(a y 5u)mi(a9 se denomina plasma al (uarto estado de agrega(ión de la materia9  un estado

4luido similar al estadogaseoso pero en el 5ue determinada propor(ión de sus part)(ulas est:n

(argadas el8(tri(amente y no poseen e5uili7rio ele(tromagn8ti(o9 por eso son 7uenos (ondu(tores

el8(tri(os y sus part)(ulas responden 4uertemente a las intera((iones ele(tromagn8ti(as de largo

al(an(e,

El plasma presenta (ara(ter)sti(as propias 5ue no se dan en los sólidos9 l)5uidos o gases9 por lo 5ue

es (onsiderado otro estado de agrega(ión de la materia, Como el gas9 el plasma no tiene una 4orma

de4inida o un volumen de4inido9 a no ser 5ue est8 en(errado en un (ontenedorG pero a di4eren(ia delgas en el 5ue no e<isten e4e(tos (ole(tivos importantes9 el plasma 7a-o la in4luen(ia de un (ampo

magn8ti(o puede 4ormar estru(turas (omo 4ilamentos9 rayos y (apas do7les, 2 Los :tomos de este

estado se mueven li7rementeG (uanto m:s alta es la temperatura m:s r:pido se mueven los :tomos

en el gas9 y en el momento de (olisionar la velo(idad es tan alta 5ue se produ(e un desprendimiento

de ele(trones,

Calentar un gas puede ioni;ar  sus mol8(ulas o :tomos >redu(iendo o in(rementado su nmero

de ele(trones para 4ormar iones?9 (onvirti8ndolo en un plasma,3 La ioni;a(ión tam7i8n puede ser 

indu(ida por otros medios9 (omo la apli(a(ión de un 4uerte (ampo ele(tromagn8ti(o mediante

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un l:ser  o un generador de mi(roondas9 y es a(ompañado por la diso(ia(ión de losenla(es

(ovalentes9 si est:n presentes,

El plasma es el estado de agrega(ión m:s a7undante de la naturale;a9 y la mayor parte de la materia

en el Universo visi7le se en(uentra en estado de plasma9 la mayor)a del (ual es el enrare(ido plasma

intergal:(ti(o >parti(ularmente el (entro de intra(mulos? y en las estrellas,

 Algunos e-emplos de plasmas son'

Formas (omunes de plasma

%rodu(idos

arti4i(ialmente%lasmas terrestres %lasmas espa(iales y astro4)si(os'

• En los

televisores o

monitores

(on pantalla de

plasma,

• En el interior de

los tu7os

4luores(entes >ilumin

a(ión de 7a-o

(onsumo?,

• En soldaduras

de ar(o el8(tri(o

• Los rayos dura

nte una tormenta,

• La ionos4era,

• La aurora

7oreal,

• Las estrellas >por e-emplo9 el Sol?,

• Los vientos solares,

• El medio interplanetario >la materia entre

los planetas del Sistema Solar ?9 el medio

interestelar  >la materia entre las estrellas? y

elmedio intergal:(ti(o >la materia entre

las gala<ias?,

• Los dis(os de a(re(imiento,

• Las ne7ulosas intergal:(ti(as,

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7a-o prote((ión por 

gas >TI!9 #I!0#A!9

et(,?

• #ateria

e<pulsada para la

propulsión

de (o=etes,

• La región 5ue

rodea al es(udo

t8rmi(o de una nave

espa(ial durante su

entrada en

la atmós4era,

• El interior de los

rea(tores de 4usión,

• Las des(argas

el8(tri(as de uso

industrial,

• Las 7olas de

plasma,

•  Am7iplasma

 

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El sol

El estado plasm:ti(o todav)a lo podemos su7dividir en algunos (uantos grupos m:s'

%lasma (omn' las (apas de ele(trones de los :tomos son par(ialmente deterioradas >de7ido a unaalta temperatura o presión?, Los ele(trones li7res son responsa7les de las (ara(ter)sti(as plasm:ti(asde la sustan(ia en (uestión,

%lasma termonu(lear' Las (apas ele(tróni(as de los :tomos no e<isten9 la sustan(ia es una me;(lade n(leos @pelados” y ele(trones li7res, En 8ste estado se en(uentran el plasma en los n(leos delas estrellas9 donde se da lugar la s)ntesis T,

%lasma de nu(leones' De7ido a muy altas temperaturas o presiones9 los mismos n(leos atómi(os

son despeda;ados, La materia es una me;(la de ele(trones9 protones y neutrones, Los plasmasnu(leóni(os se mani4estaron a los 1.H s despu8s del (omien;o del Universo9 donde los 5uars(rearon los primeros protones y neutrones, En(ontramos tam7i8n este tipo de plasma en las (apase<teriores de una supernova e<plotando9 donde su (omien;o desarrolla una onda de (=o5ue de gaspresionado, En 8sta (apa por un (orto tiempo se dan lugar distur7ios en las rea((ionestermonu(leares9 5ue dan lugar a elementos pesados,

%lasma de Juars*gluones' en altas energ)as los nu(leones mismos se desmenu;an en sus(onstituyentes' los 5uars y los gluones, En ese estado se en(ontra7a la materia 5ui;: =asta elprimer d8(imo de mi(rosegundo despu8s del (omien;o del Universo y arti4i(ialmente se logróreprodu(ir este estado de la materia en el CER en el año 2...,

%or plasma9 sin em7argo9 algunos autores tam7i8n entienden algunas partes de la ionós4era9espe(ialmente la (apa F9 la (ual re4le-a las ondas de radio y permite la (omuni(a(ión por radio atrav8s de la re4le<ión en la ionós4era, El plasma se en(uentra en los (inturones radiantes de van Allen,

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El viento solar9 una (orriente ininterrumpida de part)(ulas desde nuestro Sol9 dentro de la (ualtam7i8n se en(uentra nuestra Tierra9 es tam7i8n un plasma, En estado plasm:ti(o se en(uentranlos n(leos y atmós4eras de las estrellas9 el n(leo de nuestra gala<ia9 las ne7ulosas y la mayor)a delos o7-etos en el Universo, En la Tierra nos en(ontramos (on el plasma en los (anales de los rayos9

en di4erentes des(argas el8(tri(as y el plasma es tam7i8n (reado arti4i(ialmente e investigado en losla7oratorios,

 Apli(a(iones

La 4)si(a de plasmas puede en(ontrar apli(a(ión en diversas :reas'

• Des(argas de gas >ele(tróni(a gaseosa?,

• Fusión termonu(lear  (ontrolada,

• F)si(a del espa(io,

•  Astro4)si(a moderna,

• Conversión de energ)a de #+D >magneto=idrodin:mi(a? y propulsión ióni(a,

• %lasmas de estado sólido,

• L:seres de gas,

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Las LCF son e-emplo de apli(a(ión del plasma

K

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%ar:metros de un plasma

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%uesto 5ue e<isten plasmas en (onte<tos muy di4erentes y (on (ara(ter)sti(as diversas9 la primera

tarea de la 4)si(a del plasma es de4inir apropiadamente los par:metros 5ue de(iden el

(omportamiento de un plasma, Los prin(ipales par:metros son los siguientes'

1, eutralidad y espe(ies presentes

El plasma est: 4ormado por igual nmero de (argas positivas y negativas9 lo 5ue anula la (arga total

del sistema, En tal (aso se =a7la de un plasma neutro o (asi*neutro, Tam7i8n e<isten plasmas no

neutros o inesta7les9 (omo el 4lu-o de ele(trones dentro de un a(elerador de part)(ulas9 pero

re5uieren algn tipo de (on4inamiento e<terno para ven(er las 4uer;as de repulsión ele(trost:ti(a,

Los plasmas m:s (omunes son los 4ormados por ele(trones e iones, En general puede =a7er varias

espe(ies de iones dentro del plasma9 (omo mol8(ulas ioni;adas positivas >(ationes? y otras 5ue =an

(apturado un ele(trón y aportan una (arga negativa >aniones?,

2, Longitudes

La longitud de De7ye o de apantallamiento ele(tromagn8ti(o,1. Tam7i8n la longitud de una onda

plasmati(a depende del (ontenido (ón(avo de su re(ipiente9 el (ual in4luye por5ue su paralelismo (on

respe(to del e-e < so7re la tierra a4e(ta la longitud de di(=a onda de espe(tro ele(tromagn8ti(o,cita requeridaM

N, La 4re(uen(ia de plasma

 As) (omo la longitud de De7ye propor(iona una medida de las longitudes t)pi(as en un plasma9 la

4re(uen(ia de plasma > ? des(ri7e sus tiempos (ara(ter)sti(os, Supóngase 5ue en un plasma en

e5uili7rio y sin densidades de (arga se introdu(e un pe5ueño despla;amiento de todos los ele(trones

en una dire((ión, Estos sentir:n la atra((ión de los iones en la dire((ión opuesta9 se mover:n =a(ia

ella y (omen;ar:n a os(ilar en torno a la posi(ión original de e5uili7rio, La 4re(uen(ia de tal os(ila(ión

es lo 5ue se denomina 4re(uen(ia de plasma, La 4re(uen(ia de plasma de los ele(trones es'11

donde es la masa del ele(trón y su (arga,

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El estado plasm:ti(o todav)a lo podemos su7dividir en algunos (uantos grupos m:s'

O %lasma (omn' las (apas de ele(trones de los :tomos son par(ialmente deterioradas >de7ido a unaalta temperatura o presión?, Los ele(trones li7res son responsa7les de las (ara(ter)sti(as plasm:ti(as

de la sustan(ia en (uestión,

O %lasma termonu(lear' Las (apas ele(tróni(as de los :tomos no e<isten9 la sustan(ia es una me;(lade n(leos @pelados” y ele(trones li7res,

O %lasma de nu(leones' De7ido a muy altas temperaturas o presiones9 los mismos n(leos atómi(osson despeda;ados, La materia es una me;(la de ele(trones9 protones y neutrones,

O %lasma de Juars*gluones' en altas energ)as los nu(leones mismos se desmenu;an en sus(onstituyentes' los 5uars y los gluones,

#odelos teóri(os

Tras (ono(er los valores de los par:metros des(ritos en la se((ión anterior9 el estudioso de losplasmas de7er: es(oger el modelo m:s apropiado para el 4enómeno 5ue le o(upe, Las di4eren(iasentre di4erentes modelos residen en el detalle (on el 5ue des(ri7en un sistema9 de modo 5ue sepuede esta7le(er as) -erar5u)a en la 5ue des(rip(iones de nivel superior se dedu(en de las in4eriorestras asumir 5ue algunas de las varia7les se (omportan de 4orma pres(rita, Estas asun(iones oapro<ima(iones ra;ona7les no son estri(tamente (iertas pero permiten entender 4enómenos 5ueser)an di4)(iles de tratar en modelos m:s detallados,

%or supuesto9 no todas las espe(ies =an de ser des(ritas de una misma 4orma' por e-emplo9 de7ido a5ue los iones son mu(=o m:s pesados 5ue los ele(trones9 es 4re(uente anali;ar la din:mi(a de losltimos tomando a los iones (omo inmóviles o estudiar los movimientos de los iones suponiendo 5ue

los ele(trones rea((ionan mu(=o m:s r:pido y por tanto est:n siempre en e5uili7rio termodin:mi(o,

%uesto 5ue las 4uer;as ele(tromagn8ti(as de largo al(an(e son dominantes9 todo modelo de plasmaestar: a(oplado a las e(ua(iones de #a<Bell9 5ue determinan los (ampos ele(tromagn8ti(os a partirde las (argas y (orrientes en el sistema,

Los modelos 4undamentales m:s usados en la 4)si(a del plasma9 listados en orden de(re(iente dedetalle9 es de(ir de mi(ros(ópi(os a ma(ros(ópi(os9 son los modelos dis(retos9 los modelos (in8ti(os(ontinuos y los modelos de 4luidos o =idrodin:mi(os,

#odelos dis(retos

El m:<imo detalle en el modelado de un plasma (onsiste en des(ri7ir la din:mi(a de (ada una de suspart)(ulas segn la segunda ley de eBton, %ara =a(er esto (on total e<a(titud en un sistema de

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part)(ulas =a7r)a 5ue (al(ular del orden de intera((iones, En la gran mayor)a de los (asos9 estoe<(ede la (apa(idad de (:l(ulo de los me-ores ordenadores a(tuales,

Sin em7argo9 gra(ias al (ar:(ter (ole(tivo de los plasmas9 re4le-ado en la (ondi(ión de plasma9 es

posi7le una simpli4i(a(ión 5ue =a(e mu(=o m:s mane-a7le el (:l(ulo, Esta simpli4i(a(ión es la 5ueadoptan los llamados modelos num8ri(os %arti(le*In*Cell >%ICG %art)(ula*En*Celda?' el espa(io delsistema se divide en un nmero no muy grande de pe5ueñas (eldas,1/ 1 En (ada instante de laevolu(ión se (uenta el nmero de part)(ulas y la velo(idad media en (ada (elda9 (on lo 5ue seo7tienen densidades de (arga y de (orriente 5ue9 insertadas en las e(ua(iones de #a<Bell permiten(al(ular los (ampos ele(tromagn8ti(os, Tras ello9 se (al(ula la 4uer;a e-er(ida por estos (amposso7re (ada part)(ula y se a(tuali;a su posi(ión9 repitiendo este pro(eso tantas ve(es (omo seaoportuno,

Los modelos %IC go;an de gran popularidad en el estudio de plasmas a altas temperaturas9 en los5ue la velo(idad t8rmi(a es (ompara7le al resto de velo(idades (ara(ter)sti(as del sistema,

#odelos (in8ti(os (ontinuos

Cuando la densidad de part)(ulas del plasma es su4i(ientemente grande es (onveniente redu(ir ladistri7u(ión de las mismas a una 4un(ión de distri7u(iónpromediada,Esta representa la densidad depart)(ulas (ontenida en una región in4initesimal del espa(io de 4ases9 es de(ir el espa(io (uyas(oordenadas son posi(iones y (antidades de movimiento, La e(ua(ión 5ue go7ierna la evolu(ióntemporal de las 4un(iones de distri7u(ión es la e(ua(ión de Polt;mann, En el (aso parti(ular en el 5uelas (olisiones son despre(ia7les la e(ua(ión de Polt;mann se redu(e a la e(ua(ión de $lasov9demostrada por Anatoly $lasov,

Los modelos 4)si(os (in8ti(os suelen emplearse (uando la densidad num8ri(a de part)(ulas es tangrande 5ue un modelado dis(reto resulta ina7orda7le, %or otra parte9 los modelos (in8ti(os(onstituyen la 7ase de los estudios anal)ti(os so7re plasmas (alientes,

#odelos de 4luidos o =idrodin:mi(os

%ara plasmas a 7a-as temperaturas9 en los 5ue estudiamos pro(esos (uyas velo(idades(ara(ter)sti(as son mu(=o mayores 5ue la velo(idad t8rmi(a del plasma9 podemos simpli4i(ar elmodelo y asumir 5ue todas las part)(ulas de una espe(ie en un punto dado tienen igual velo(idad o5ue est:n su4i(ientemente (er(a del e5uili7rio (omo para suponer 5ue sus velo(idades siguenla distri7u(ión de #a<Bell*Polt;mann (on una velo(idad media dependiente de la posi(ión,(ita re5ueridaMEnton(es se pueden derivar unas e(ua(iones de 4luidos para (ada espe(ie 5ue9 en su4orma m:s general9 son llamadas e(ua(iones de avier*Stoes, Lamenta7lemente en mu(=os (asos

estas e(ua(iones son e<(esivamente (omple-as e inmane-a7lesG =ay 5ue re(urrir enton(es asimpli4i(a(iones adi(ionales,

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Conclusiones :

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El estado plasm:ti(o es un estado de alto (ontenido energ8ti(o9 a temperaturas elevadas lasmol8(ulas gaseosas se ioni;an a e<pensas de los (=o5ues de los :tomos o mol8(ulas 5ue semueven r:pidamente,

El estado plasm:ti(o se produ(e (uando la materia est: sometida a temperaturas mayores a1....QC9 (omo la 5ue se al(an;a en el sol y en todas las estrellas,

En esas (ondi(iones9 los :tomos pierden algunos de sus ele(trones9 (onvirti8ndose en iones, As)9 lamateria se (onvierte en un (on-unto de iones positivos y de ele(trones (argados negativamente9 5uese mueven entre los iones sin estar ligados a ninguno de ellos,

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"i#liogra$%a

• =ttp'00es,Biipedia,org0Bii0%lasma>estadodelamateria?

• =ttp'00BBB,monogra4ias,(om0tra7a-os10estados*materia*y*(am7ios*5ue*su4re0estados*materia*y*(am7ios*5ue*su4re2,s=tml(on(lusioa

• C=en9 Fran(is F, >13?, Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion: Plasma physics >en

ingl8s? 1, Ilustrada9 reimpresa >2a edi(ión?, Springer, p, 321, ISP .N./31NN22, Consultado el 2 de

o(tu7re de 2.11,

•

• =ttp'00proye(toaula4isi(a,7logspot,(om02..0.0plasma,=tml

• =ttp'00BBB,iem,(si(,es0semana(ien(ia0semana(ien(ia110sem(ien(ia11*Tanarro,pd4 

• Pitten(ourt9 ,A, >2..3?, Fundamentals of plasma physics >en ingl8s?, Ilustrada >Na edi(ión?,

Springer, p, /, ISP .N2.N, Consultado el 2 de o(tu7re de 2.11,

Página 16

 

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• =ttp'00BBB,iem,(si(,es0semana(ien(ia0semana(ien(ia110sem(ien(ia11*Tanarro,pd4 

• Sturro(9 %,A, >13?, Plasma physics: an introduction to the theory of astrophysical, geophysical,

and laboratory plasmas >en ingl8s?, Ilustrada >Na edi(ión?, Cam7ridge University %ress,

p, NN, ISP .21331., Consultado el 2 de o(tu7re de 2.11,

Página 1&

 

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