Phantastisches Plasma

Am 13. Januar 2017 veröffentlicht von Erwin Völkening

Der Winter ist da. Es ist kalt und die Temperaturen sinken immer öfter unter null. Auf den Seen bildet sich eine Eisfläche, im Garten gefriert die nasse Wäsche auf der Leine zu einem Klotz und hin und wieder fällt Schnee und verwandelt die Landschaft in eine glitzernde Zauberwelt. Vielleicht kann ich dieses Jahr sogar Schlittschuh laufen oder ein paar Schneemänner bauen? Herrlich!

Der Winter verwandelt den eigenen Garten in eine Schneelandschaft.

Wenn ihr die Überschrift gelesen hat, fragt ihr euch bestimmt, was dieses Gerede über den Winter soll. Aber es gibt da tatsächlich einen sinnvollen Zusammenhang. Der Grund, warum wir im Winter Schneeflocken und zugefrorene Teiche erleben können, ist jedem klar: Wasser gefriert, wenn die Temperatur unter null Grad Celsius fällt. Soweit, so offensichtlich. Wir können also festhalten: Der Aggregatszustandswechsel des Wassers von flüssig zu fest ist die Grundlage für das, was wir Winter nennen. Dass Wasser, wenn wir es kochen, verdampft – also in die gasförmige Beschaffenheit wechselt – ist auch nichts Neues. Aber was kommt eigentlich nach dem gasförmigen Zustand? Nun, hier lässt sich der Bogen zur Headline schlagen – es geht um Plasma. Und das, was wir Plasma nennen, wird, neben den drei klassischen „fest“, „flüssig“ und „gasförmig“, auch als vierter Aggregatszustand bezeichnet

In einem Feststoff sind die Teilchen wenig in Bewegung und verharren weitgehend an ihrem Platz. Erhitzt man den Stoff dann soweit, dass diese Teilchen sich schnell genug bewegen, sprechen wir von einem flüssigen Zustand. In einer Flüssigkeit sind die Teilchen nicht mehr auf einen bestimmten Ort begrenzt, sondern können sich gegenseitig frei verschieben. Sobald wir durch weitere Erhitzung den gasförmigen Zustand erreichen, bewegen sich die Teilchen schließlich noch schneller und komplett frei durch den Raum.

Wenn man ein Gas nun sehr viel weiter erhitzt, beispielsweise auf ca. 15.000 Grad mit einem gebündelten Laserstrahl, trennen sich die Elektronen vom Kern der Atome des Gases. Die positiv geladenen Ionen, also das, was von den Atomen bei fehlenden Elektronen übrig bleibt, und die negativ geladenen Elektronen bewegen sich ab sofort getrennt durch den Raum. Diesen Zustand bezeichnet man dann als Plasma.

Plasma hat phantastische Eigenschaften. So ist es beispielsweise elektrisch leitfähig und kann teilweise sogar im sichtbaren Spektrum Licht emittieren, also abgeben. Diese Eigenschaft macht man sich beispielsweise in Energiesparlampen oder bei Plasma-Bildschirmen zunutze. Auch in der Natur spielt Plasma eine wichtige Rolle. So ist unsere Sonne  ein riesiger Ballon aus Helium- und Wasserstoffplasma. Und das, was wir bei einem Blitzleuchten sehen, ist einfach nur Luft, die durch die gewaltige Energie der elektrischen Ladung kurzzeitig in den Plasmazustand übergeht.

Aber es gibt noch mehr Aggregatzustände. Das Superfluid, eine reibungslose Flüssigkeit, das Bose-Einstein-Kondensat, in dem sich ein Großteil der Teilchen im selben quantenmechanischen Zustand befindet, und weitere gehören zu dieser Gruppe der weniger alltäglichen Geschwister von fest, flüssig und gasförmig.

Plasma ist ein sehr wichtiges Thema in der Forschung. So ist die Kernfusion im Inneren der Sonne auf Plasma angewiesen. Wenn wir jemals in der Lage sein wollen, diesen Vorgang für die Erzeugung umweltfreundlicher Energie auf der Erde zu simulieren, müssen wir ein tiefes Verständnis über zumindest den vierten Aggregatszustand erlangen. Vielleicht ist Plasma für uns eines Tages so normal, wie der winterliche Schneefall. Wer weiß?

Beitragsbild: Künstliche Darstellung von Plasma. Foto: Pixabay

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