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Física de Plasmas

Física de Plasmas. Prof. Ricardo Luiz Viana http://fisica.ufpr.br/viana viana@fisica.ufpr.br. Ementa. Ocorrência de plasmas na Natureza e em laboratório Movimento de partículas carregadas em campos eletromagnéticas Teorias de fluidos para plasmas Magneto-hidrodinâmica Ondas em plasmas.

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Física de Plasmas

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Presentation Transcript

  1. Física de Plasmas Prof. Ricardo Luiz Viana http://fisica.ufpr.br/viana viana@fisica.ufpr.br

  2. Ementa • Ocorrência de plasmas na Natureza e em laboratório • Movimento de partículas carregadas em campos eletromagnéticas • Teorias de fluidos para plasmas • Magneto-hidrodinâmica • Ondas em plasmas

  3. Referências bibliográficas • Francis F. Chen: “Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion” (Plenum Press, New York, 1984) • José A. Bittencourt: “Fundamentals of Plasma Physics” (Segunda edição, FAPESP, São Paulo, 1995) • Dwight R. Nicholson: “Introduction to Plasma Theory” (Krieger Publ. Co, 1992)

  4. Objetivos • Familiarizar o estudante com os conceitos básicos de Física de Plasmas • Apresentar as principais aplicações de Plasmas em Tecnologia, Fusão Controlada, Astrofísica e Geofísica • Mostrar aplicações físicas relevantes de conceitos aprendidos em Eletromagnetismo, Mecânica Clássica e Mecânica Estatística

  5. O que é um plasma? • Plasma é basicamente um gás ionizado • Uma parte dos átomos do gás está dissociada em íons positivos e elétrons livres • Efeitos coletivos aparecem da interação entre elétrons e íons

  6. Plasma: o quarto estado da matéria

  7. 99 % da matéria do Universo é formada por plasma...

  8. ... mas vivemos no 1 % que não é majoritariamente formado por plasma

  9. Plasmas também podem ser produzidos em laboratório Maçarico de plasma

  10. Uma chama é um plasma

  11. Descargas elétricas atmosféricas também são plasmas

  12. Olhe para cima! Você estará “vendo” um plasma!

  13. Brinquedos usando plasmas

  14. Que é comportamento coletivo? • Um plasma é um gás ionizado que apresenta um “comportamento coletivo” • As interações elétricas e magnéticas entre as partículas do plasma têm um longo alcance • Efeitos coletivos aparecem da movimentação das cargas dentro do plasma • Exemplos: blindagem eletrostática

  15. Plasmas são caracterizados: • Pela densidade n do gás (em número de partículas por metro cúbico) • Pela temperatura T do gás (em Kelvin) • Tanto n como T podem abranger um grande intervalo

  16. Etimologia • Plasma vem do grego , que significa “algo moldado” ou “fabricado” • Na verdade, um plasma não tende a ser moldado pelas influências externas • Um plasma comporta-se como se ele tivesse “vontade própria”, devido ao comportamento coletivo.

  17. Aplicações de Plasmas • Aplicações Tecnológicas • Aplicações em Astrofísica e Geofísica • Aplicações na Fusão Termonuclear Controlada • Aplicações Militares

  18. Histórico • Irving Langmuir (década de 1920) • Tubos de vácuo preenchidos com gases ionizados • Aplicações na eletrônica de válvulas • Hannes Alfvén: plasmas astrofísicos

  19. Aplicações Tecnológicas • Lâmpadas fluorescentes • Lâmpadas a vapor metálico (mercúrio, sódio)

  20. Aplicações Tecnológicas • Tubos de descarga em gases (neônio) • “glow discharges” • Maçarico (tocha) de plasma

  21. Aplicações Tecnológicas • Tela de televisão a plasma • Tratamento de materiais (nitretação)

  22. Fusão Termonuclear Controlada • Fusão nuclear: dois núcleos leves combinam-se para formar um núcleo pesado, liberando energia • E = m c2 (m = defeito de massa)

  23. Deutério + Trítio = Hélio + nêutron + energia “limpa”

  24. A humanidade precisa de novas fontes de energia limpa

  25. A reação de fusão precisa ocorrer dentro de um plasma

  26. O plasma precisa ser confinado

  27. Confinamento magnético: tokamak

  28. Tokamaks

  29. Confinamento inercial por feixes de lasers

  30. Pequeno Histórico • 1952: bomba de hidrogênio dos EUA • Pesquisas em confinamento magnético secretas (Projeto Matterhorn) • 1958: conferência da IAEA • Tokamak inventado por pesquisadores russos na década de 50

  31. Aplicações astrofísicas • Estrelas são plasmas onde ocorrem reações de fusão

  32. Aplicações astrofísicas • Aurora boreal: plasma ionosférico

  33. Aplicações astrofísicas • Vento solar e magnetosfera terrestre

  34. A Física de Plasmas no Brasil • Primeiro grupo teórico (anos 70): UFRGS • Primeiro grupo experimental (anos 70): Inst. de Física da USP – Tokamak TBR1 • Inst. Nacional de Pesquisas Espaciais (S. J. dos Campos): fusão, astrofísica e tecnologia • UNICAMP: teoria e experimental • UFF: teoria

  35. A Física de Plasmas no Brasil • Dep. Física da UFPR (1991): Grupo de Dinâmica Não-Linear e Física de Plasmas • Outros grupos: UFMS (Campo Grande), UNESP (Guaratinguetá), ITA (S.J. Campos) • Encontro Brasileiro de Física de Plasmas (Soc. Bras. de Física): bianual

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