Propiedades físicas del plasma (estado de la materia)

Plasma: cuarto estado de la materia

El plasma es gas ionizado: átomos han perdido/gando electrones → iones + electrones libres. Coexisten partículas cargadas y neutras. >99 % materia visible del universo es plasma (estrellas, medio interestelar).

Propiedades fundamentales

• Conductividad eléctrica altísima: electrones libres responden a campos E/B. Cuasi-infinita en plasmas ideales.
• Colectividad: oscilaciones de plasma (frecuencia de Langmuir), ondas, inestabilidades. No colisiones binarias como gas.
• Quasi-neutralidad: n_e ≈ n_i (densidad electrónica ≈ iónica) a escalas > longitud de Debye (λ_D).
• Pantalla de Debye: cargas externas apantalladas en distancia λ_D = √(ε₀kT/e²n).

Parámetros clave (varían 10¹⁰ veces)

Tipos y ejemplos

• Plasma térmico (equilibrio LTE): Sol, arco de soldadura, rayos, antorcha plasma. T_e ≈ T_i ≈ T_gas.
• Plasma no térmico (no equilibrio): fluorescencia, neon, plasma reactivo (grabado semiconductores), plasma bola, ionosfera. T_e >> T_gas (electrones calientes, gas frío).

Aplicaciones tecnológicas

• Pantallas PDP: plasma de xenón/neón + fósforos → píxeles autoemisivos (descontinuadas 2014).
• Lámparas fluorescentes / neon: plasma mercurio/argon + fósforo.
• Procesado semiconductores: grabado (RIE), deposición (PECVD), limpieza plasma.
• Tratamiento superficies: activación, limpieza, recubrimiento (plasma atmosférico).
• Propulsión espacial: motores iónicos, Hall, plasma (empuje bajo, alto I_sp).
• Fusión nuclear: tokamak (ITER), stellarator, confinamiento inercial (láser). Plasma 10⁸ K.
• Medicina: esterilización plasma frío, cirugía (bisturí plasma), cicatrización.

Caos y no linealidad

Comportamiento impredecible, sensible a condiciones iniciales. Base de teoría del caos (Lorenz, 1963). Nuevos descubrimientos constantes.