Was ist Plasma?

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Plasma, NordlichterPlasma 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 die Aggregatzustände fest, flüssig und gasförmig. Der Grund: Sterne bestehen überwiegend aus Plasma – und damit fast die gesamte Materie im Universum. Verrückte Versuche dazu, etwa wie man Plasma in der Mikrowelle selbst herstellen kann, sind  auf dieser Seite zu finden.

Warum leuchtet Plasma?

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 so viel Energie zuzuführen, dass es ionisiert. Man kann es zum Beispiel extrem erhitzen, eine andere Möglichkeit besteht darin, Hochspannung anzulegen. Für praktische Anwendungen wird üblicherweise eine hochfrequente Wechselspannung verwendet wie zum Beispiel bei einer Plasmalampe.

Plasma in der Natur: Was sind Polarlichter und warum sind sie bunt?

In dem Video von National Geographic sind Polarlichter zu sehen. Sie wurden in Norwegen aufgenommen – es handelt sich also um Nord- (Aurora borealis) und nicht um Südlichter (Aurora australis). Das Himmelsleuchten wird durch die Sonnenwinde verursacht, denen die Erde beständig ausgesetzt ist. Diese Sonnenwinde sind nichts 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 Erdatmosphäre an beziehungsweise ionisieren sie. Werden Sauerstoffatome angeregt, leuchten sie grün oder rot. Stickstoffatome senden blaues oder violettes Licht aus.

Über Blitze und Plasmabildschirme

Auch Blitze entstehen übrigens durch die Bildung von Plasma, verursacht durch einen Potenzialunterschied 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 leuchten. Drei dieser Farbkammern ergeben jeweils einen 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, sodass der Strom auch bei einer geringeren Spannung aufrechterhalten bleibt. Es herrscht dann ein Gleichgewicht zwischen Elektronen, die von Atomen durch Stoßionisation 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.