Plasma (Plasmakugel)
Plasma (Plasmakugel), Image by MennoNisute

Ein Plasma ist ein vierter Aggregatzustand, bei welchem die Teilchen einzeln herumfliegen und elektrisch geladen sind. Durch die Coulombkraft haben die Teilchen eine gegenseitige Wechselwirkung, die zu einem neuen Verhalten führt, anders als beim Gas. Auch wird das Plasma durch die freien Ladungsträger elektrisch leitend.

Das Plasma wird als vierter Aggregatzustand bezeichnet. Obwohl es einem Gas am nächsten kommt – die Teilchen bewegen sich einzeln – so unterscheidet sich das Plasma vor allem durch die Coulombkraft, die zwischen den Teilchen wirkt. Plasmateilchen sind nämlich elektrisch geladen: Es sind positive oder negative Ionen und Elektronen. Sie ziehen sich deshalb an oder stossen sich ab. Die Coulombkraft ist eine extrem starke Kraft und sie hat deshalb einen grossen Einfluss auf das Verhalten des Plasmas, abweichend von dem des Gases.

Die meisten Plasmas zeigen ein typisches Leuchten, das z.B. in der Beleuchtungstechnik Einsatz findet (u.a. Plasmalampen). Ein Blitz besteht aus ionisierter Luft. Sie ist im Zustand des Plasmas und leitet den Strom der Blitzentladung. Luft im Gaszustand leitet den elektrischen Strom nicht – sie ist ein Isolator.

Mit dem Ionisierungsgrad wird der Anteil der ionisierten Teilchen am Gesamten angegeben. Plasmas können vollständig ionisiert sein (Ionisierungsgrad von 100%), aber durchaus auch einen sehr geringen Ionisierungsgrad haben, d.h. wo die Mehrheit der Teilchen noch elektrisch neutral ist.

Plasmas sind aber keineswegs eine Ausnahme, denn mehr als 99% der gesamten sichtbaren Materie im Universum, d.h. ohne die dunkle Materie gerechnet, ist im Plasmazustand. Die Sonne, aber auch die anderen Sterne, bestehen aus Plasma. Durch die hohen Temperaturen sind die Wasserstoffatome ionisiert. Die Bewegungen der Teilchen ist so heftig, dass das Elektron bei einem Zusammenstoss herausgeschlagen wird. Dadurch ist die Sonne gewissermassen eine ”Plasma-Suppe” aus Protonen (ionisierte Wasserstoffatome), Elektronen und ionisierten Heliumatomen.

Auf Erde finden wir natürliche Plasmas in den erwähnten Blitzen und in der Ionosphäre (Polarlichter). Bei den technischen Anwendungen kann noch das Plasmaschneiden erwähnt werden, wo die hohe Temperatur eines Plasmas genutzt wird, um Metall zu trennen.

Beispiele

Plasma in Sternen und Sonne
Plasma in Sternen und Sonne, Image by David Dayag, licensed under CC BY-SA 4.0
Plasma in der Ionosphäre als Nordlicht (Aurora Borealis)
Plasma in der Ionosphäre als Nordlicht (Aurora Borealis), Image by Johannes Groll, shared on Unsplash
Plasma in einem Blitz
Plasma in einem Blitz, Image by Boboshow
Mit einem Lichtbogen (Plasma) erzeugt der Plasmaschneider lokal sehr hohe Temperaturen
Mit einem Lichtbogen (Plasma) erzeugt der Plasmaschneider lokal sehr hohe Temperaturen, Image by Devaes, licensed under CC BY-SA 3.0