praticando Física >> pF Explica >> O globo de plasma

Por Flávio da Costa Gonçalves

Você já deve ter ouvido falar de um globo de plasma, um equipamento utilizado desde na decoração de quartos, salas e lojas de materiais de construção até laboratórios de Física. O jogo de luzes e a possibilidade de interação entre o globo e qualquer pessoa faz com que ele seja muito admirado em qualquer lugar onde esteja exposto. O globo de plasma realmente é um equipamento muito interessante, mas você saberia dizer como os princípios da Física são aplicados a ele? O globo de plasma está ligado ao avanço dos estudos da eletricidade e do comportamento termodinâmico dos gases nobres. Através dos estudos nestes ramos da Física, o homem não só conseguiu compreender melhor os processos que causam tais efeitos como conseguiu produzir máquinas e equipamentos cada vez mais modernas utilizando princípios básicos destes ramos.

Um pouco de história

O plasma é considerado o quarto estado da matéria (os outros são o líquido, sólido e gasoso). A primeira vez em que este termo apareceu na Física foi em 1928, quando o físico americano Irving Langmuir estudava descargas elétricas em gases. A palavra plasma vem da medicina, onde descreve um estado ou uma perturbação não distinguível.

Mesmo após os estudos de Irving, não se conhecia exatamente o que era o plasma e se este estado da matéria era encontrado em outros lugares da natureza. Somente com o desenvolvimento dos estudos da Astronomia e Astrofísica, descobriu-se que o Sol, como qualquer outra estrela de nosso Universo era composta de plasma.

Na verdade, a formação do plasma depende de condições muito especiais para se formar, já que precisa de uma força gravitacional muito forte para manter agrupado o grande número de partículas carregadas distribuídas em um volume muito grande com o mesmo número de cargas positivas e negativas. Por isso, em nosso planeta, o plasma quando produzido não é retido por muito tempo, já que a força gravitacional da Terra não consegue segurá-lo por muito tempo. Alguns exemplos de plasma em nosso planeta são as auroras boreais, formadas na ionosfera terrestre e o fogo.


Mas como o plasma se forma?

O plasma surge da seguinte forma: quando adicionamos calor a um sólido este se transforma em um líquido; se adicionarmos mais calor, este se transforma em gás e se aquecermos este gás a altas temperaturas, obtemos o plasma. Portanto, podemos considerar um plasma como um gás em altíssima temperatura confinado em condições específicas e com as partículas ionizadas.


O globo de plasma

Mas como funciona este equipamento tão interessante? Para responder a esta pergunta, recorremos aos princípios físicos que estão por trás de seu funcionamento.

Na base do globo está localizado um circuito elétrico simples, responsável por transportar a corrente elétrica até os terminais onde um gás a baixa pressão (usualmente o argônio ou neônio). A corrente elétrica cria um campo elétrico que por sua vez gera uma alta tensão (da ordem de 15 000 volts) responsável por ionizar o gás que está na base do globo. É a ionização do gás que provoca as faíscas que vemos em seu interior, pois os átomos do gás voltam ao seu estado energético inicial, emitindo luz. No centro do globo há também um pequeno núcleo de vidro que é a via entre a atmosfera do globo e a alta tensão. Como o globo de vidro está sob o potencial elétrico do solo, os raios luminosos tendem a ir nessa direção.

Como as partículas do gás interagem com as partículas fora do globo, as faíscas se concentram em vários pontos do globo; assim, quanto maior o número de portadores de carga próximo a superfície do globo, mais raios luminosos se concentrarão naquele ponto. É por isso que ao tocarmos sua superfície, os raios dentro do globo se concentram nas pontas de nossos dedos ou na palma de nossas mãos, já que naturalmente nosso corpo está carregado de partículas carregadas.

Um globo de plasma encontrado em lojas especializadas. Um tubo de gás localizado na base do globo (A) é ionizado por um campo elétrico que gera uma alta tensão que provoca a emissão de luz por parte das partículas do gás (B). Os raios luminosos (C) interagem com as partículas do ar ou de algum portador de carga - como os dedos ou hastes plásticas.

O ar ao redor do globo também sofre influência do campo elétrico que é gerado para ionizar as partículas do gás do globo de plasma. Esta influência gera um efeito interessante, observável com qualquer lâmpada fluorescente que se aproxime de um globo de plasma em funcionamento. Ao se aproximar do globo deste tipo de lâmpada, o gás de dentro desta é ionizado, fazendo com que emita luz (fótons) ao receber energia e voltar ao seu estado inicial. Ou seja, você pode ver uma lâmpada funcionar sem a utilização de fios ligados nela!

A importância no estudo do plasma é muito grande, visto que o Universo é 99% composto por matéria ionizada em forma de plasma, ou seja, no planeta Terra, onde a matéria se encontra normalmente nos três estados: sólido, líquido e gasoso, pode-se dizer que em relação ao Universo, vivemos num ambiente especial e raro.