Prof. Ricardo Luiz Viana

Apresentação em tema: "Prof. Ricardo Luiz Viana"— Transcrição da apresentação:

1 Prof. Ricardo Luiz Viana
Física de Plasmas Prof. Ricardo Luiz Viana

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

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8 99 % da matéria do Universo é formada por plasma...

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

10 Plasmas também podem ser produzidos em laboratório
Maçarico de plasma

11 Uma chama é um plasma

12 Descargas elétricas atmosféricas também são plasmas

13 Olhe para cima! Você estará “vendo” um plasma!

14 Brinquedos usando plasmas

15 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

16 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

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18 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.

19 Aplicações de Plasmas Aplicações Tecnológicas
Aplicações em Astrofísica e Geofísica Aplicações na Fusão Termonuclear Controlada Aplicações Militares

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

21 Aplicações Tecnológicas
Lâmpadas fluorescentes Lâmpadas a vapor metálico (mercúrio, sódio)

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

23 Aplicações Tecnológicas
Tela de televisão a plasma Tratamento de materiais (nitretação)

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

25 Deutério + Trítio = Hélio + nêutron + energia “limpa”

26 A humanidade precisa de novas fontes de energia limpa

27 A reação de fusão precisa ocorrer dentro de um plasma

28 O plasma precisa ser confinado

29 Confinamento magnético: tokamak

30 Tokamaks

31 Confinamento inercial por feixes de lasers

32 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

33 Aplicações astrofísicas
Estrelas são plasmas onde ocorrem reações de fusão

34 Aplicações astrofísicas
Aurora boreal: plasma ionosférico

35 Aplicações astrofísicas
Vento solar e magnetosfera terrestre

36 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

37 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