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Tubos a vácuo contendo gases ionizados e capazes de conduzir altas correntes são uma das primeiras aplicações de plasmas que reportam às pesquisas de Irving Langmuir and Levi Tonks nos anos 1920. A moderna indústria eletrônica utiliza plasma em retificadores de mercúrio, tiratrons de hidrogênio, ignitrons e chaves a arco para transmissão e controle de eletricidade. Lâmpadas fluorescentes, fontes intensas de luz de plasma excitado por microondas e telas planas a plasma são ainda outras aplicações de descargas em gás.
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Tubo clássico de descarga elétrica com corrente contínua. No regime de descarga luminescente (1014 a 5×1018 partículas carregadas/m3, 104 a 5×104 K) o plasma emite luz devido a colisões de excitação de elétrons acelerados com o gás neutro. Em densidades de corrente elevadas, a alta deposição de calor no catodo desencadeia a emissão de elétrons e a descarga muda para o regime de arco intensamente luminoso (1020 a 1025 partículas carregadas/m 3, 2×103 a 105 K) . |
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De acordo com a força de Lorentz, os íons positivos se movem para cima na figura ao lado e os elétrons se movem para baixo, gerando uma diferença de potencial entre os eletrodos. |
Comentário Histórico - Os princípios magneto-hidrodinâmicos (MHD) eram conhecidos desde os estudos de Michael Faraday a partir de 1830. Entretanto, as primeiras tentativas de construir um gerador MHD, em 1938, não tiveram sucesso devido ao escasso conhecimento que se tinha das propriedades dos plasmas. Em torno de 1959, a compreensão do assunto e a tecnologia progrediram a ponto de produzir-se 10 kW de potência elétrica num dispositivo MHD. Uma central elétrica com geradores MHD, seguida de geradores convencionais a vapor, apresenta a possibilidade de usar combustíveis em ciclos mais eficientes, com perdas reduzidas de calor para o meio ambiente. Infelizmente, os grandes programas de pesquisa foram descontinuados por volta de 1970 em vista do elevado investimento necessário para solucionar os problemas técnicos que ainda persistiam. |
O efeito motor (o inverso do efeito dínamo) pode ser usado para acelerar o plasma na propulsão elétrica de veículos espaciais. Nesta aplicação, a energia elétrica é convertida em energia mecânica pela ação de campos elétricos e magnéticos perpendiculares.
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A densidade de corrente j é gerada no plasma pela tensão aplicada aos eletrodos. O plasma é ejetado com alta velocidade pela força j × B. A força de reação pode ser utilizada para acelerar um veículo no espaço. |
| Comentário Histórico - Robert Hutchings Goddard estabeleceu informalmente, em 1906, alguns dos conceitos da propulsão elétrica, e Hermann Oberth dedicou um capítulo de seu livro "Wege zur Raumschiffahrt" (1929) ao tema. Avanços conceituais em propulsão elétrica foram feitos a partir de meados da década de 40, quando se vislumbrou a possibilidade de serem construídos geradores de energia elétrica espaciais de pouco peso, baseados em fissão nuclear e em painéis solares. Entretanto, somente após 1957 experimentos reais de pequeno porte foram feitos em laboratórios governamentais e em algumas companhias independentes, principalmente nos EUA. Na época, verificou-se que a propulsão elétrica não se limitava a propulsores eletrostáticos ou iônicos conforme se pensava até então, mas que podia ser estendida a sistemas eletromagnéticos e eletrotérmicos. Os primeiros testes espaciais de um propulsor elétrico, envolvendo um motor iônico eletrostático, foram feitos em meados de 1964. Estes motores iônicos são hoje utilizados para controle de satélites e propulsão primária de sondas espaciais de longo alcance. Por outro lado, propulsores magnetoplasmadinâmicos proporcionam uma combinação de altas velocidades de exaustão com fluxo de massa elevado, mas até o momento só foram testados em laboratório devido essencialmente às altas potências envolvidas e a problemas técnicos remanescentes. A história da propulsão elétrica em seu início pode ser encontrada no livro "Ion Propulsion for Space Flight", de Ernst Stuhlinger (1964). |
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