Haftungsausschluss: Das folgende Material wird zu Archivierungszwecken online gehalten.

(Dateien in roter Schrift) Index 4.Elektronen 4H. Thomson, 1896 4a. Elektrische Flüssigkeit 5. Feldlinien 5H. Faraday 1846 5a-1. EM-Induktion–1 5a-2. EM-Induktion–2 6. EM-Wellen 7. Plasma 7a.Leuchtstofflampe 7H. Langmuir, 1927 8.Positive Ionen 8H. Arrhenius, 1884

Das Plasma wird manchmal als „vierter Aggregatzustand“ bezeichnet, der über die bekannten drei Zustände – fest, flüssig und gasförmig – hinausgeht. Es handelt sich um ein Gas, in dem die Atome in frei schwebende negative Elektronen und positive Ionen zerlegt wurden, also Atome, die Elektronen verloren haben und mit einer positiven elektrischen Ladung zurückbleiben. In der unteren Atmosphäre, in der wir leben, nimmt jedes Atom, das ein Elektron verliert (z. B. durch einen Treffer mit einem schnellen kosmischen Strahlenteilchen), dieses oder ein ähnliches bald wieder auf. Bei hohen Temperaturen, wie sie auf der Sonne herrschen, ist die Situation ganz anders. Je heißer das Gas ist, desto schneller bewegen sich seine Atome und Moleküle, und bei sehr hohen Temperaturen sind die Zusammenstöße zwischen solchen sich schnell bewegenden Atomen heftig genug, um Elektronen herauszureißen. In der Sonnenatmosphäre wird ein großer Teil der Atome zu jeder Zeit durch solche Zusammenstöße „ionisiert“, und das Gas verhält sich wie ein Plasma. Im Gegensatz zu kühlen Gasen (z. B. Luft bei Raumtemperatur) leiten Plasmen Elektrizität und werden stark von Magnetfeldern beeinflusst. Die im Haushalt und am Arbeitsplatz weit verbreitete Leuchtstofflampe enthält ein verdünntes, inertes Gas mit einem Bruchteil eines Prozents Quecksilberdampfes, das ein Plasma erzeugt, wenn es durch die Stromleitung, an die die Lampe angeschlossen ist, erhitzt und bewegt wird. Die Stromleitung macht ein Ende elektrisch positiv, das andere negativ (siehe Zeichnung unten), wodurch (+) Ionen zum (-) Ende und (-) Elektronen zum (+) Ende beschleunigt werden. Die beschleunigten Teilchen gewinnen an Energie, stoßen mit Atomen zusammen, stoßen zusätzliche Elektronen aus und halten so das Plasma aufrecht, auch wenn sich einige andere Teilchen wieder zusammenschließen. Die Kollisionen bewirken auch, dass Quecksilberatome Licht aussenden, und diese Lichtquelle ist tatsächlich effizienter als herkömmliche Glühbirnen. Neonschilder und Straßenlaternen funktionieren nach einem ähnlichen Prinzip, und einige Plasmageräte werden (oder wurden) in der Elektronik verwendet.

Wie bereits erwähnt, besteht die Sonne aus Plasma. Ein weiteres wichtiges Plasma in der Natur ist die Ionosphäre, die etwa 70-80 km über dem Boden beginnt. Hier werden Elektronen durch das Sonnenlicht kurzer Wellenlängen, vom Ultraviolett bis zur Röntgenstrahlung, aus den Atomen herausgerissen: Sie rekombinieren nicht allzu leicht, da die Atmosphäre in großen Höhen immer dünner wird und Zusammenstöße nicht häufig sind. Im untersten Teil der Ionosphäre, der „D-Schicht“ in 70-90 km Höhe, gibt es noch so viele Zusammenstöße, dass sie nach Sonnenuntergang verschwindet. Dann rekombinieren die verbleibenden Ionen und Elektronen, während in Ermangelung von Sonnenlicht keine neuen Ionen mehr erzeugt werden. Bei Sonnenaufgang wird diese Schicht jedoch wieder aufgebaut. Oberhalb von 200 km sind Zusammenstöße so selten, dass die Ionosphäre Tag und Nacht bestehen bleibt.

Die obere Ionosphäre erstreckt sich viele Tausende von Kilometern in den Weltraum und geht in die Magnetosphäre über, deren Plasmen im Allgemeinen verdünnt, aber auch viel heißer sind. Die Ionen und Elektronen des magnetosphärischen Plasmas stammen zum Teil aus der unteren Ionosphäre, zum Teil aus dem Sonnenwind (nächster Abschnitt), und viele Einzelheiten ihres Eintritts und ihrer Erwärmung sind noch unklar.

Schließlich gibt es noch das interplanetare Plasma – den Sonnenwind. Die äußerste Schicht der Sonne, die Korona, ist so heiß, dass nicht nur alle ihre Atome ionisiert sind, sondern dass von den Atomen, die zu Beginn viele Elektronen hatten, mehrere (manchmal alle) abgerissen werden, einschließlich der tiefer liegenden Elektronen, die stärker gebunden sind. So wurde in der Korona charakteristisches Licht von Eisen entdeckt, das 13 Elektronen verloren hat.

Diese extreme Temperatur verhindert auch, dass das Plasma der Korona von der Schwerkraft der Sonne festgehalten wird, und stattdessen strömt es in alle Richtungen aus und füllt das Sonnensystem weit über die entferntesten bekannten Planeten hinaus. Durch den Sonnenwind formt die Sonne das weit entfernte Magnetfeld der Erde, und die schnelle Strömung des Windes (~400 km/s) liefert die Energie, die letztlich das Polarlicht, die Strahlungsgürtel und die Magnetsturmphänomene antreibt.

Weitere Lektüre:

Die Plasmaphysik ist ein schwieriges, mathematisches Gebiet, dessen Studium ein gründliches Verständnis der elektromagnetischen Theorie erfordert. Einige Hochschultexte über Elektrizität und Magnetismus behandeln Aspekte der Plasmaphysik, z.B. Kapitel 10 von „Classical Electrodynamics“ von J.D. Jackson. Fragen von Benutzern:
*** Elektrische und magnetische Energie
*** Wie kann man ein Plasma einschließen?
*** Kann die Plasmaphysik Kugelblitze erklären?
*** Ist Feuer ein Plasma?
*** Kann Weltraumplasma beim Antrieb von Raumfahrzeugen helfen?