Categoria: Física
Publicado: 28 de Maio de 2014
A resposta a esta pergunta é mais complicada do que a maioria das pessoas imagina. Algumas chamas contêm plasma e outras não. Para responder corretamente a esta pergunta, nós realmente temos que primeiro definir estritamente o que queremos dizer com “plasma”. A definição de um plasma é um gás ionizado. “Gás ionizado” significa que alguns elétrons foram arrancados completamente dos átomos que compõem o gás. Os elétrons efetivamente livres são carregados negativamente e os átomos ionizados resultantes acabam sendo carregados positivamente. Um “íon” é um átomo com um número desigual de elétrons e prótons. Esta definição é um bom ponto de partida, mas não é exacta o suficiente. Cada gás contém alguns íons e elétrons livres, e ainda assim nem todo gás é um plasma. Deve haver por algum ponto de corte onde há íons suficientes no gás que ele começa a agir como um plasma.
O que significa agir como um plasma? Um plasma é um gás ionizado que é refletivo a ondas eletromagnéticas de baixa freqüência, como ondas de rádio. Descrito em um nível mais básico, um escudos de plasma fora dos campos elétricos. Um plasma é capaz de fazer isso porque um número suficiente de elétrons com carga negativa e íons com carga positiva são livres localmente e são capazes de se ligar uns aos outros de uma forma coletiva e de longo alcance. O comportamento coletivo de íons e elétrons significa que eles são capazes de responder fortemente aos campos elétricos incidentes e se movem para cancelar esses campos. Portanto, uma definição mais estrita de um plasma é um gás onde há elétrons e íons livres suficientes para que eles atuem coletivamente. A distância que um campo elétrico externo pode alcançar em uma nuvem de partículas carregadas é caracterizada pelo “Debye length” (comprimento do Debye). Quanto mais átomos forem ionizados, mais fortes serão as oscilações colectivas das cargas e menor será o comprimento Debye. A definição mais estrita de um plasma é portanto um gás ionizado com ionização suficiente para que o comprimento do Debye seja significativamente menor que a largura da nuvem de gás.
Em uma chama, a ionização dos átomos do ar ocorre porque a temperatura é alta o suficiente para fazer com que os átomos batam uns nos outros e arranquem os elétrons. Portanto, em uma chama, a quantidade de ionização depende da temperatura. (Outros mecanismos podem levar à ionização. Por exemplo, em raios, fortes correntes elétricas causam a ionização. Na ionosfera, a luz solar causa a ionização). O resultado final é que uma chama só se torna um plasma se aquecer o suficiente. As chamas a temperaturas mais baixas não contêm ionização suficiente para se tornarem um plasma. Por outro lado, uma chama com temperaturas mais altas contém de fato elétrons e íons livres suficientes para atuar como plasma.
Por exemplo, uma vela de cera comum tem uma chama que queima a uma temperatura máxima de 1.500 graus Celsius, que é muito baixa para criar muitos íons. Uma chama de vela não é, portanto, um plasma. Note que as cores vibrantes amarelo alaranjado que vemos em uma chama não são criadas a partir da chama sendo um plasma. Pelo contrário, estas cores são emitidas por partículas de combustível incompletamente queimadas (“fuligem”) que são tão quentes que brilham como um elemento de torradeira elétrica. Se você bombear oxigênio suficiente em uma chama, a combustão se torna completa e a chama vermelha-amarela se afasta. Com isto em mente, deve ficar claro que uma chama de vela emite luz mesmo que não seja um plasma. Ao contrário das chamas de vela, certas misturas de acetileno em combustão podem atingir 3.100 graus Celsius, com um comprimento de Debye associado de 0,01 milímetros, de acordo com a Coalizão para a Ciência do Plasma. Tais chamas são, portanto, plasmas (desde que a chama seja muito maior do que 0,01 milímetros, o que geralmente é o caso). Outras chamas, incluindo chamas de fogueiras, fogões de propano e acendedores de cigarros, têm temperaturas que se encontram algures entre estes dois extremos e, portanto, podem ser ou não de plasma. As chamas diárias, como as da queima de madeira, carvão vegetal, gasolina, propano ou gás natural, normalmente não são suficientemente quentes para agir como um plasma.
Topics: Comprimento do desbaste, combustão, fogo, chama, ionização, plasma, temperatura