Archive

Posts Tagged ‘materia’

Gli stati della materia

Prima dello studio dei fenomeni elettrostatici e magnetici la fisica classica aveva diviso la materia in stati di aggregazione a seconda delle proprietà meccaniche che il particolare stato presentava. Tutti noi conosciamo la divisione in solido, liquido e aeriforme ma non tutti sano che il progresso scientifico ha portato ad individuarne di nuovi. Questo perchè nella fisica moderna questa classificazione risulta troppo semplice ed inadeguata per descrivere in modo completo tutte le varianti assunte dalla materia. A differenza degli stati ordinari, che si percepiscono quotidianamente in natura, la maggior parte di quelli nuovi si verificano solo in particolari condizioni ambientali, cioè solo sotto certe condizioni di temperatura e pressione (principali cause delle modificazioni molecolari).

Gli stati di aggregazione della materia classici

Come detto sopra la divisione classica della materia prevedeva tre stati fondamentali a cui la fisica riconosceva diverse proprietà meccaniche. Infatti, come tutti noi possiamo sperimentare, il solido è quello stato in cui la materia mantiene una forma costante, a meno di applicare una o più forze esterne di intensità tale da rompere i legami del corpo, causando la rottura o il taglio del corpo.

Facciamo un esempio per comprendere meglio. Prendiamo un rametto di legno, sicuramente è un oggetto solido che ha una propria forma, ma se noi applichiamo due forza agli estremi facendo leva su un perno centrale, questo si spezza. I solidi sono, nella maggior parte dei casi, composti da un reticolo cristallino regolare, questa struttura, simile ad un telaio, è composta, in modo approssimativo, da nodi (atomi) e da aste (legami). I legami (che possono essere di varia natura) sono molto forti e riescono quindi a mantenere rigida la struttura globale che costituisce l’intero corpo. Gli unici moti a cui sono soggetti i costituenti della materia sono di tipo vibrazionale dovuti o all’agitazione termica (riscaldamento) o all’azione di forza esterne.

Lo stato liquido è caratterizato da interazioni deboli e quindi i suoi costituenti sono liberi di scorrere gli uni sugi altri, questo causa la perdita di volume proprio ed infatti un qualsiasi corpo liquido assume la forma del recipiente che lo contiene.

L’ultimo stato classico è quello aeriforme. Liberi da ogni legame, gli atomi che compongono il corpo gassoso si muovono independentemente seguendo la legge del caos (per cui non esiste una direzione preferenziale di crescita), ciò indica una completa assenza di forma, il gas tende ad espandersi ed ad occupare tutto il volume disponibile ( trasformazione irreversibile per il secondo principio della termodinamica).

Il Plasma

In realtà esistono diversi stati della materia identificati grazie alle moderne tecnologie ed alle nuove scoperte scientifiche e per convenzione definiamo il plasma il quarto stato della materia. Esso è costituito da un insieme di particelle con cariche elettriche positive (ioni) e negative (elettroni) in modo che complessivamente risulti neutro (la cui carica elettrica totale è cioè nulla).

Si scoprì che una qualsiasi sostanza , portata a una determinata temperatura, (in ogni caso elevatissima), passava ad uno stato fino ad allora sconosciuto, questo perchè la sostanza (in forma gassosa) viene ionizzata. Cosa significa questo? La ionizzazione termica è un processo nel quale gli atomi della materia vegono scissi a causa degli scontri tra quest’ultimi e molecole, ioni ed elettroni presenti. Spieghiamo meglio. L’ elevata temperatura viene assorbita dalle particelle, sottoforma di agitazione termica, che causa un grande aumento dell’ energia cinetica delle stesse. Questo implica che le particelle in queste condizioni hanno una grandissima velocità, queste scontrandosi rilasciano vicendevolmente energia (in modulo più grande dell’energia di legame degli atomi stessi). Per facilitare la comprensione facciamo un esempio. Approsimiamo due atomi a due palline. Nello stato gassoso, queste sferette si muovono casualmente ma data la bassa velocita nello scontro esse ribalzano l’una contro l’altra, nel plasma le due palle hanno una velocità tale che nello scontrarsi si distruggono a vicenda.

Questo nuovo stato si iniziò a studiare alla fine del XVIII secolo coincidente con le prime osservazioni sui fenomeni elettromagnetici. Primo fra tutti Benjamin Franklin che con il suo celebre esperimento scoprì la natura elettrica del fulmine, le ricerche però furono abbadonate fino alla metà del secolo successivo quando Sir William Crookes lo identificò come quarto stato della materia a cui Irving Langmuir diede il nome di plasma.

A questo punto vi starete chiedendo se sia possibile vedere il plasma realmente o toccarlo con mano o se sia meramente un’astrazione. Bene posso affermare con sicurezza che tutti noi abbiamo visto il plasma nella nostra vita. Il plasma non è uno stato eccezionale, poiché costituisce il 99% dell’Universo, come conseguenza dell’elevata temperatura esistente nei corpi celesti, che porta alla ionizzazione degli atomi, mentre sulla terra la presenza di plasma è rara ma frequente, infatti sono fatti di plasma i fulmini (le cariche libere del gas ionizzato producono un passaggio di corrente elettrica) e le aurore boreali inoltre, per gli appassionati di film riguardanti i viaggi spaziali, si ha una formazione di plasma sullo scudo termico dei veicoli spaziali al rientro nell’atmosfera.

Dalla teoria alla pratica

Per chi si sente un piccolo scienziato (forse un po’ pazzo) vi è la possibilità di ricreare del plasma nelle nostre case. L’occorrente è:

  • forno a microonde;
  • fiammiferi;
  • un bicchiere;
  • della cera;

oggetti di appoggio (non materiali metallici perchè provocherebbero delle scariche elettriche, meglio se di plastica dura o vetro)

Per realizzare il plasma basta porre uno o due fiammiferi all’interno del microonde inserito un una pallina di cera che terrà fermi i due cerini. A lato si devono disporre due o più supporti (a esempio delle mollette da bucato prive della parte ferrosa) su cui appoggiare il bicchiere in modo da tenerlo sollevato dal piatto dell’elttrodomestico. Accendete i fiammiferi, chiudete lo sportello del microonde e avviatelo. Si genereranno delle palle di plasma all’interno del bicchiere. Mi raccomando non fatelo per troppo tempo, il bicchiere potrebbe scoppiare rovinandovi l’apparecchio elettronico.

Come funziona? Semplicemente il campo elettromagnetico generato dal forno accellera gli elettroni e gli atomi provocando urti molto più potenti, capaci di strappare cariche elettriche agli atomi. Come se ad un auto in velocità dessimo una forte accellerazione per provocare un grande incidente.

Fonte: Skimbu

Categories: Scientia Tags: ,