rss feed Siamo anche su Facebook Siamo anche su Youtube Ad to Google
sei in: ENEA >> HOME >> Filmati Storici >> il quarto stato della materia

Il quarto stato della materia

Luogo:
Data: 01/01/1963
Canale: Filmati Storici
Autori: Virgilio Tosi

Oltre ai tre stati della materia normalmente conosciuti ne esiste un quarto: lo stato di ionizzazione. Cosa esso sia, quali ne siano le caratteristiche attualmente conosciute e con quali mezzi questo particolare stato della materia venga studiato, è illustrato dal documentario, che con opportune animazioni provvede ad un aggiornato rapporto sullo stato attuale delle conoscenze in questo campo.

Questo documentaro proviene dal Fondo Filmati Storici dell'ENEA, recentemente ceduto alla FONDAZIONE CENTRO SPERIMENTALE DI CINEMATOGRAFIA ARCHIVIO NAZIONALE DEL CINEMA DI IMPRESA DI IVREA.

Quando il ghiaccio per effetto del calore, si scioglie cambia di stato: da solido a liquido.
Con la tecnica della ripresa cinematografica intervallata possiamo condensare in pochi secondi un fenomeno che nella realtà si svolge in un tempo molto più lungo.
Riscaldando l’acqua oltre il punto di ebollizione, si ha un altro cambiamento di stato: da liquido a gassoso.
Gli elementi, sono sempre gli stessi: idrogeno ed ossigeno, ma a seconda della quantità di calore fornito, si presentano in forma diversa.
Tutti conosciamo i tre stati di aggregazione della materia: solido, liquido, gassoso. Ma ce n’è un quarto: quello del plasma. Nel sole, la materia si trova allo stato di plasma.
Eccolo il sole, in primo piano, ripreso cinematograficamente con i più potenti strumenti astronomici del mondo con speciali filtri che ci permettono di osservare da vicino le macchie, le protuberanze, le fiamme che si innalzano per centinaia di migliaia di chilometri intorno alla sfera solare.
Per l’altissima temperatura esistente, dell’ordine di milioni di gradi, tutti gi elementi di materia di cui è formato il sole, vi si trovano allo stato di plasma.
Se dovessimo rappresentare la sfera della terra di fronte ad una di queste fiamme solari, dovremmo accontentarci di disegnare una minuscola pallina.
Da milioni di anni il sole è come una gigantesca centrale termonucleare in cui la fusione dell’idrogeno trasformato in plasma produce l’energia solare.
I fulmini, nell’atmosfera terrestre, sono fenomeni nei quali, per brevi istanti, si genera plasma.
Rallentiamo il tempo miliardi di volte, per poter vedere la struttura degli atomi dell’aria.
Ecco il fulmine. Fermiamolo nel suo scoccare.
Rappresentiamo gli atomi neutri con un nucleo ed un elettrone che gira attorno ad esso.
Un elettrone libero arriva velocissimo, colpisce un altro elettrone e l’atomo diventa uno ione.
Il gas si ionizza, cioè si trasforma in tanti ioni ed elettroni, liberi gli uni rispetto agli altri. Il gas è diventato plasma per mezzo della ionizzazione.
Quando il fulmine è scoccato, gli ioni e gli elettroni liberi tornano a legarsi tra loro e si ricostituiscono gli atomi neutri dell’aria.
Il quarto stato della materia è durato una piccolissima frazione di secondo.
Sulla terra il plasma non esiste allo stato ordinario, ma possiamo produrlo artificialmente: ad esempio quando, applicando una differenza di potenziale tra due elettrodi, scocca tra di essi una scintilla, abbiamo una situazione simile a quella del fulmine: alcuni atomi dei gas dell’aria si ionizzano. Lì c’è plasma.
In una officina dove si costruiscono insegne luminose, non si fa altro che immettere un gas, il neon, nei tubi di vetro lavorato. Questo gas, mediante l’applicazione di una tensione elettrica tra i due poli si eccita e si ionizza.
Il fenomeno è accompagnato da un’emissione di luce, anche lì c’è plasma.
Oggi in alcuni laboratori scientifici d’avanguardia si studiano le proprietà di questo quarto stato della materia.
Procedendo sperimentalmente alla ionizzazione di un gas di vapori di mercurio in un tubo contenuto in una vasca termostatica ci si può rendere conto di una delle caratteristiche fondamentali del plasma: la sua conducibilità elettrica. Malgrado la differenza di potenziale applicata alle due estremità del tubo, il gas rimane inerte e non passa corrente. Anche se con un generatore di alta tensione si cerca di innescare la ionizzazione del gas il fenomeno rimane limitato e tra gli estremi del tubo, non passa ancora corrente. Solo quando la ionizzazione si estende a tutto il tubo, l’amperometro registra il passaggio della corrente.
Si è creato il plasma.
In quanto conduttore elettrico il plasma risente dell’influenza delle forze magnetiche. Se avviciniamo una calamita al tubo, il plasma non essendo un corpo rigido si sposta per effetto della forza che nasce quando un conduttore si trova in presenza di un campo magnetico.
La struttura interna del plasma, può essere fotografata in laboratorio usando particolari metodi ottici. I raggi di una sorgente luminosa resi paralleli con un sistema di lenti attraversano una camera di prova dove si pone l’oggetto da studiare. I raggi luminosi vengono poi focalizzati sul bordo di una lama e tramite una macchina cinematografica si registra l’immagine detta “strioscopica” dell’oggetto. Regolando con movimenti micrometrici la posizione della lama, si possono mettere in evidenza le zone non omogenee dell’oggetto che si sta studiando. Ad esempio, i movimenti dell’aria riscaldata dalla punta di un saldatore.
Ponendo nella camera di prova un flacone contenente liquido volatile come l’etere etilico si può osservare la diffusione dei vapori di etere che scendono verso il basso perché più pesanti dell’aria.
Le possibilità di questo metodo sono tali da riuscire a rivelare dei difetti perfino in lastre di vetro lavorate con perfezione ottica. Regolando la posizione della lama si può aumentare la sensibilità fino a scoprire i solchi infinitesimi lasciati dalla mola di tipo speciale con la quale è stata resa piana la superficie della lastra di vetro. Per ottenere immagini strioscopiche del plasma con questo metodo ottico, si pone nella camera di prova un tubo che contiene gas a ionizzare. Il plasma viene generato scaricando agli estremi di una  bobina un banco di condensatori che immagazzina l’energia da trasferire al plasma. Poiché la durata della scarica è dell’ordine di grandezza di qualche milionesimo di secondo si deve usare un tubo elettronico come otturatore ultrarapido per ottenere una singola fotografia del fenomeno. Si può anche utilizzare come sorgente luminosa, un laser a rubino a luce rossa di eccezionale potenza. Un flash a elica illumina fortemente un rubino sintetico che emette la luce assorbita sottoforma di un fascio di raggi paralleli assolutamente monocromatici.
Il laser, una delle più rivoluzionarie scoperte di questi ultimi anni, ha permesso di ottenere in un laboratorio italiano per lo studio dei gas ionizzati fotografie del plasma attraverso le quali si sono potute, per la prima volta, osservare le sue strutture turbolente.
Un altro metodo ottico permette di misurare la densità del plasma, cioè il numero di particelle che lo costituiscono. Un sistema di lenti e specchi, sdoppia la luce di una sorgente e la fa interferire di nuovo dopo che uno dei due fasci abbia attraversato l’oggetto in osservazione. Le frange di interferenza ci permettono di misurare seguendo i loro spostamenti le variazioni nel numero di particelle presenti in un flusso di gas. Si ottengono con questo metodo le più precise misure di densità del plasma.
Lo studio del plasma ha avuto negli ultimi anni eccezionali sviluppi in numerosi laboratori di tutto il mondo, ma le ricerche nel campo delle proprietà del plasma non sono come potrebbe sembrare fine a se stesse.
Il mondo ha bisogno di energia ma il nostro modo di produrla oggi anche con i più moderni sistemi è sempre sostanzialmente, quello della ottocentesca macchina a vapore. Il consumo di energia raddoppia ogni dieci anni e le tradizionali sorgenti, carbone e petrolio, ben presto si esauriranno. Ma domani, utilizzando il quarto stato della materia, potremmo convertire direttamente il calore in energia. Potremmo sfruttare le inesauribili riserve di idrogeno pesante dei mari e degli oceani per produrre elettricità con la fusione termonucleare.
Domani i razzi e i satelliti artificiali della terra che oggi tanto ci sbalordiscono, sembreranno delle vecchie diligenze, quando la propulsione al plasma permetterà alle astronavi di percorrere velocemente gli spazi interplanetari avvicinandoci alle stelle.
Sapremo qualcosa di più dell’universo in cui viviamo, perché nelle stelle e nelle nebulose tutto attorno a noi nella volta celeste, il plasma è lo stato ordinario della materia e noi sul pianeta terra, dove la materia si trova allo stato solido, liquido e gassoso una infinitesima, trascurabile eccezione.

Ti è piaciuto il filmato? Votalo!!!

Guarda la lista completa dei Comunicati Stampa di ENEA

Altri filmati del canale

creative commons
I contenuti di questo sito, tranne la sezione Filmati Storici, sono rilasciati sotto Licenza Creative Commons Versione 2.5
powered by: ENEA-UTICT ENEA-ASPRES-RES-RELPROM
La testata ENEA NEWS è registrata al Tribunale di Roma n. 306 del 18-09-2009
ambiente.tv ecoradio nuova ecologia qualenergia villaggio globale sperimentarea.tv
powered by ENEA-GRID