Plasma entsteht, indem man einem Gas so viel Energie zuführt, dass eine kritische Anzahl von Elektronen die Atomhüllen verlässt. Das Ergebnis sind positiv geladene Ionen umgeben von freien Elektronen. Ein solches ionisiertes Gas ist elektrisch leitfähig. Plasma wird häufig als der vierte Aggregatzustand bezeichnet, da die so zerlegte Materie eine Vielzahl neuer Eigenschaften besitzt.
Tatsächlich ist Plasma sogar viel häufiger anzutreffen als fest, flüssig und gasförmig. Der Grund: Sterne bestehen überwiegend aus Plasma und damit fast die gesamte Materie im Universum.
Das Leuchten entsteht, wenn die freien Elektronen von den Ionen eingefangen werden und dabei die zuvor aufgenommene Energie in Form von Licht wieder abgeben. Je nachdem um welches Gas es sich handelt, variiert die Farbe.
Es gibt verschiedene Wege Gas soviel Energie zuzuführen, dass es ionisiert. Einer besteht zum Beispiel darin, es extrem zu erhitzen, ein anderer darin Hochspannung anzulegen. Aus praktischen Gründen wird üblicherweise eine hochfrequentes Wechselspannung verwendet wie auch in den Videos oben. Dort sind eine Plasmalampe und eine so genannte Jakobsleiter zu sehen. Bei der Jakobsleiter entstehen Lichtbögen, wobei die erwärmte die Luft nach oben steigt bis die Lichtbögen schließlich abreißen. Dieser Versuch ist NICHT als Heimversuch geeignet.
Die Plasmalampe wurde von Nikola Tesla (1856 - 1943) erfunden. Sie ist wahrscheinlich Plasma in seiner schönsten Form. In der Mitte der Plasmalampe befindet sich eine Elektrode, umgeben von einem Glasbehälter mit einem reaktionsträgen Gas. In dem Glasbehälter herrscht Unterdruck. Oft werden Edelgase wie Helium, Xenon, Argon, Krypton und Neon verwendet.
An der Elektrode liegt eine hochfrequente Wechselspannung an, so dass Elektronen von der Elektrode emittiert und durch ein elektromagnetisches Wechselfeld in Richtung Glas beschleunigt werden. Dabei erhalten sie soviel Energie, dass sie das Gas im Innern der Plasmalampe ionsieren. Geschieht dies, kommt es zu einer Kettenreaktion, so dass Blitze in Richtung Glas erkennbar werden. Hält man seine Finger an die Plasmalampe verändert man das elektromagnetische Feld, so dass die Blitze einen anderen Weg einschlagen.
Das Video unten links zeigt das El Dorado Umspannwerk in Las Vegas, Nevada. Dort lagen plötzlich 500.000 Volt frei, die einen ordentlichen Lichtbogen erzeugten.
In dem Video unten rechts sind Polarlichter zu sehen, die in der Antarktis aufgenommen wurden. Es handelt sich also nicht um Nord- sondern um Südlichter. Das Himmelsleuchten wird durch die Sonnenwinde verursacht, denen die Erde beständig ausgesetzt ist. Diese Sonnenwinde sind nicht anderes als Plasma, bestehend aus Elektronen und Protonen. Die Teilchen treffen auf das Erdmagnetfeld auf und regen vor allem an den Polkappen die Luftmoleküle der oberen Erdathmosphäre an beziehungsweise ionisieren diese. Werden Sauerstoffatome angeregt, leuchen sie grün oder rot. Stickstoffatome senden blaues oder violettes Licht aus.
Auch Blitze entstehen übrigens durch die Bildung von Plasma, verursacht durch einen Potentialunterschied zwischen Erde und Wolken von mehreren 10 Millionen Volt, und die Sonne ist nichts anderes als ein gigantischer Plasmaball.
In Plasmabildschirmen verwendet man verschiedenfarbig leuchtende Gase, um Fernsehbilder zu erzeugen. Der Bildschirm besteht aus einer Vielzahl kleinster Kammern. Sie enthalten verschiedene Gase, die bei Anregung entweder rot, grün oder blau leuchtent. Drei dieser Farbkammern ergeben jeweils eine Bildpunkt, der durch Überlagerung der drei Grundfarben jede beliebige Farbe annehmen kann. Die Gase werden ionisiert, indem man sie für bestimmte Zeitabstände zündet.
Nicht viel anders funktionieren übrigens Neonröhren. Sie benötigen zum Zünden eine hohe Spannung. Danach sinkt der elektrische Widerstand des Gases etwas, so dass der Strom auch bei einer geringeren Spannung aufrecht erhalten bleibt. Es herrscht dann ein Gleichgewicht zwischen Elektronen, die von Atomen durch Stoßionisaton emittiert und dann wieder eingefangen werden. In solchen Leuchtröhren wird neben Neon auch Helium und andere Edelgase eingesetzt.
In Leuchtröhren und Plasmalampen liegt ein kaltes Plasma vor, weil die Dichte sehr gering ist. |
