Descrição da imagem: Em uma lâmpada de plasma, a imagem de um campo aparece. Os arcos elétricos que observamos seguem, de certa forma, as linhas de força desse campo, dando a ilusão de uma estrutura de filamentos. Os arcos elétricos são uma manifestação desse campo, mas não são o campo em si. O que vemos são os efeitos do campo elétrico no gás ionizado.
A lâmpada de plasma, facilmente encontrada na Internet, é um dispositivo que cria efeitos visuais espetaculares. Mas além do espetáculo de luzes, pode-se vislumbrar o conceito fascinante de "campo", o que torna a lâmpada de plasma um verdadeiro pequeno laboratório de física.
O plasma é o quarto estado da matéria onde os átomos estão ionizados, o que significa que os elétrons estão separados dos núcleos atômicos, criando íons e elétrons livres para se moverem. Isso geralmente ocorre em altas temperaturas ou na presença de um campo elétrico intenso.
Em uma lâmpada de plasma, geralmente é usado um gás nobre (como o neônio, xenônio, argônio ou criptônio). Embora os gases nobres resistam fortemente à formação de ligações químicas (pois a camada de elétrons mais externa está saturada), são escolhidos por sua capacidade de se ionizar facilmente sob a influência de um campo elétrico.
Dentro da lâmpada de plasma, temos um gás raro, sob baixa pressão, submetido a alta tensão gerada por um eletrodo central. A tensão aplicada ao eletrodo central geralmente varia entre 2 kV e 20 kV, dependendo do design e do tamanho da lâmpada. Essa alta tensão ioniza os átomos do gás e influencia o comportamento do plasma ao modificar suas propriedades elétricas, térmicas e dinâmicas, especialmente a intensidade e a cor. A forma da lâmpada de vidro geralmente é esférica para permitir uma distribuição uniforme do plasma.
Quando a tensão é aplicada ao eletrodo central, um campo elétrico de vários quilovolts é criado entre este eletrodo e as paredes da esfera de vidro. O campo elétrico intenso ioniza os átomos de gás, criando íons e elétrons livres. Os elétrons são então atraídos para o eletrodo central, criando um fluxo de elétrons visível através dos filamentos luminosos. As áreas ionizadas criam caminhos condutores para a corrente elétrica, permitindo que os filamentos de plasma se formem e se movam através do gás. Esses filamentos muitas vezes aparecem como relâmpagos ou arcos de plasma que se movem para fora a partir do eletrodo central.
As cores dos filamentos de plasma dependem do tipo de gás nobre utilizado. O neônio produz uma luz vermelho-laranja, o argônio produz uma luz violeta, o criptônio produz uma luz azul, enquanto o xenônio produz uma luz azul-violeta.
N.B.: A cor da luz emitida depende da diferença de energia entre os níveis de energia eletrônicos do átomo. Quando um elétron "pula" de um nível de energia superior para um nível inferior, ele emite um fóton de luz cuja energia corresponde exatamente à diferença de energia entre os dois níveis. Essa energia se traduz em uma cor específica.
A imagem que uma lâmpada de plasma oferece, com seus filamentos luminosos que parecem dançar em todas as direções, evoca a ideia de um campo, como se os filamentos seguissem linhas de força.
O campo elétrico é um conceito geral que descreve a influência das cargas no espaço circundante. Pode ser representado por linhas de campo que indicam a direção da força que uma carga positiva exerceria se colocada em um ponto dado. Essas linhas de campo estão orientadas radialmente a partir do eletrodo central.
O eletrodo central cria um campo elétrico intenso que se estende por todo o volume da lâmpada. O plasma, sendo um excelente condutor de eletricidade, permite que as partículas carregadas se movam livremente. No entanto, os campos elétricos se sobrepõem. Isso significa que o campo elétrico total em um ponto é a soma vetorial dos campos elétricos criados por todas as cargas presentes. A sobreposição dos campos elétricos, a instabilidade do plasma e as interações entre as partículas carregadas explicam a não linearidade dos filamentos e suas formas irregulares.
A imagem que percebemos da lâmpada é dinâmica porque as cargas estão em constante movimento, seguindo as flutuações do campo elétrico. Assim, os filamentos luminosos seguem as linhas do campo elétrico, oferecendo uma visualização direta da configuração do campo.
Cada ponto do espaço dentro da lâmpada está sujeito a uma força elétrica com uma direção precisa. Essa direção é tangente à linha de campo que passa por aquele ponto, o que pode ser interpretado como um vetor. De fato, o campo elétrico é um campo vetorial, ou seja, uma grandeza física (um vetor) está associada a cada ponto do espaço.
Essa visualização é uma simplificação da realidade porque o plasma é um meio complexo onde inúmeros fenômenos físicos interagem. No entanto, a lâmpada de plasma oferece uma maneira simples e elegante de representar a noção de campo vetorial.
Para ler o artigo completo, clique aqui.