Descripción de la imagen: En una lámpara de plasma, aparece la imagen de un campo. Los arcos eléctricos que observamos siguen, de alguna manera, las líneas de fuerza de este campo, dando la ilusión de una estructura de filamentos. Los arcos eléctricos son una manifestación de este campo, pero no son el campo en sí. Lo que vemos son los efectos del campo eléctrico sobre el gas ionizado.
La lámpara de plasma, fácil de encontrar en Internet, es un dispositivo que crea efectos visuales espectaculares. Pero más allá del espectáculo de luces, se puede vislumbrar el fascinante concepto de "campo", lo que convierte a la lámpara de plasma en un verdadero pequeño laboratorio de física.
El plasma es el cuarto estado de la materia donde los átomos están ionizados, lo que significa que los electrones están separados de los núcleos atómicos, creando iones y electrones libres para moverse. Esto generalmente ocurre a temperaturas elevadas o en presencia de un campo eléctrico intenso.
En una lámpara de plasma, generalmente se usa un gas noble (como el neón, el xenón, el argón o el criptón). Aunque los gases nobles resisten fuertemente la formación de enlaces químicos (ya que la capa de electrones más externa está saturada), se eligen por su capacidad para ionizarse fácilmente bajo la influencia de un campo eléctrico.
Dentro de la lámpara de plasma, tenemos un gas raro, a baja presión, sometido a alta tensión generada por un electrodo central. La tensión aplicada al electrodo central generalmente varía entre 2 kV y 20 kV, según el diseño y el tamaño de la lámpara. Esta alta tensión ioniza los átomos del gas e influye en el comportamiento del plasma al modificar sus propiedades eléctricas, térmicas y dinámicas, especialmente la intensidad y el color. La forma de la lámpara de vidrio suele ser esférica para permitir una distribución uniforme del plasma.
Cuando se aplica tensión al electrodo central, se crea un campo eléctrico de varios kilovoltios entre este electrodo y las paredes de la esfera de vidrio. El campo eléctrico intenso ioniza los átomos de gas, creando iones y electrones libres. Los electrones son entonces atraídos hacia el electrodo central, creando un flujo de electrones visible a través de los filamentos luminosos. Las áreas ionizadas crean caminos conductores para la corriente eléctrica, lo que permite que los filamentos de plasma se formen y se muevan a través del gas. Estos filamentos a menudo aparecen como relámpagos o arcos de plasma que se mueven hacia el exterior desde el electrodo central.
Los colores de los filamentos de plasma dependen del tipo de gas noble utilizado. El neón produce una luz roja-anaranjada, el argón produce una luz violeta, el criptón produce una luz azul, mientras que el xenón produce una luz azul-violeta.
N.B.: El color de la luz emitida depende de la diferencia de energía entre los niveles de energía electrónicos del átomo. Cuando un electrón "salta" de un nivel de energía superior a uno inferior, emite un fotón de luz cuya energía corresponde exactamente a la diferencia de energía entre los dos niveles. Esta energía se traduce en un color específico.
La imagen que ofrece una lámpara de plasma, con sus filamentos luminosos que parecen danzar en todas las direcciones, evoca la idea de un campo, como si los filamentos siguieran líneas de fuerza.
El campo eléctrico es un concepto general que describe la influencia de las cargas en el espacio circundante. Puede representarse mediante líneas de campo que indican la dirección de la fuerza que ejercería una carga positiva colocada en un punto dado. Estas líneas de campo están orientadas radialmente desde el electrodo central.
El electrodo central crea un campo eléctrico intenso que se extiende por todo el volumen de la lámpara. El plasma, siendo un excelente conductor de electricidad, permite que las partículas cargadas se muevan libremente. Sin embargo, los campos eléctricos se superponen. Esto significa que el campo eléctrico total en un punto es la suma vectorial de los campos eléctricos creados por todas las cargas presentes. La superposición de campos eléctricos, la inestabilidad del plasma y las interacciones entre las partículas cargadas explican la no linealidad de los filamentos y sus formas irregulares.
La imagen que percibimos de la lámpara es dinámica porque las cargas están en constante movimiento, siguiendo las fluctuaciones del campo eléctrico. Así, los filamentos luminosos siguen las líneas del campo eléctrico, ofreciendo una visualización directa de la configuración del campo.
Cada punto del espacio dentro de la lámpara está sujeto a una fuerza eléctrica con una dirección precisa. Esta dirección es tangente a la línea de campo que pasa por ese punto, lo que puede interpretarse como un vector. De hecho, el campo eléctrico es un campo vectorial, es decir, una magnitud física (un vector) está asociada a cada punto del espacio.
Esta visualización es una simplificación de la realidad porque el plasma es un medio complejo donde interactúan numerosos fenómenos físicos. No obstante, la lámpara de plasma ofrece una manera simple y elegante de representar la noción de campo vectorial.
Para leer el artículo completo, haga clic aquí.