Hi Leute!
Man hört immer wieder von Plasma. Es ist ein „Übergas“, sehr heiß, und es kann alles!
Hmm, recht viel sagt das nicht aus. Bitte erklärt mir genau wie es gemacht wird, was mit der Materie passiert, wozu das gut ist und so weiter! Ich möchte das endlich richtig vollständig checken!
Danke!
Bye
Hansi
Servus!
Also, soviel ich verstanden habe, ist Plasma Materie bei der sich durch die Hitze die Elektronen von den Atomkernen getrennt haben.
Aber ich bin nur
Euer
Physikdilettant
[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]
Man hört immer wieder von Plasma. Es ist
ein „Übergas“, sehr heiß, und es kann
alles!
Kein Ueberding, kein Sonderding, kein
Mysterium…
Plasma ist ganz einfach ionisiertes Gas.
Erzeugt wird es allgemein durch Energie-
zufuhr, was im einfachsten Fall einfach
eine Erwaermung bedeutet. Z.B. eine
Kerzenflamme ist nichts anderes als
teilweise ionisierte Luft, also ein Plasma.
Was passiert im Mikrokosmos…
Die Elektronen loesen sich von ihren Kernen,
genau dieser Vorgang wird als Ionisieren
bezeichnet.
Plasmen begegnet man oft genug im Alltag:
jedes Feuer, das Gas in einer
Leuchtstoffroehre.
MEB
Man hört immer wieder von Plasma. Es ist
ein „Übergas“, sehr heiß, und es kann
alles!Kein Ueberding, kein Sonderding, kein
Mysterium…Plasma ist ganz einfach ionisiertes Gas.
Erzeugt wird es allgemein durch Energie-
zufuhr, was im einfachsten Fall einfach
eine Erwaermung bedeutet. Z.B. eine
Kerzenflamme ist nichts anderes als
teilweise ionisierte Luft, also ein
Plasma.
Was passiert im Mikrokosmos…
Die Elektronen loesen sich von ihren
Kernen,
genau dieser Vorgang wird als Ionisieren
bezeichnet.
Plasmen begegnet man oft genug im Alltag:
jedes Feuer, das Gas in einer
Leuchtstoffroehre.
Asoo! So kalt kann Plasma sein? Welche Temperatur muß das haben?
Wieso kann Plasma so viel? Plasma-Schneiden, Oberflächenbehandlung, …
Wie viele Elektronen gehen da vom Kern weg? Nur die im Valenzband, oder mehr?
Wieso braucht man bei der Kernfusion Plasma? Das ist doch viel heißer?
Bye
Hansi
MEB
Auch hier mal wieder was aus dem Römpp.
Gandalf
Die Plasmen enthalten pos. u. neg. geladene Ionen, Elektronen, Radikale u. angeregte u. nichtangeregte Neutralteilchen nebeneinander. Im Extremfall sind bei einem P. die Atomkerne durch völlige Ionisation von ihren Elektronenhüllen getrennt; ein solches P. besteht nur noch aus pos. geladenen Ionen u. Elektronen u. ist nach außen elektr. neutral. In einem P. liegt die Zahl der Ladungsträger zwischen 109 u. 1015/cm3, im Sterninnern auch wesentlich darüber (1027/cm3). P. können in dem heute techn. interessierenden Temp.-Bereich von bis zu ca. 50 000°C (vgl. Hochtemperaturchemie) in guter Näherung z. B. durch Ohmsche Widerstandsheizung (sog. therm. Plasma), im Lichtbogen, durch Photoionisation (speziell durch Hochleistung-Laser) od. durch Umwandlung kinet. Energie in einer Stoßwelle erzeugt werden. Die Messung solch hoher Temp. u. der anderen P.-Eigenschaften (Teilchendichte, Strömungsgeschw.) – man spricht hier von P.-Diagnostik – kann durch P.-Spektroskopie u. Sonden vorgenommen werden. Begrifflich unterscheidet man in der Plasmachemie zwischen Gleichgew.- u. Nichtgleichgew.-P. (t- od. nt-P.). Die zum Ablauf von Kernfusionen benötigten Temp. erzeugt man bei Wasserstoff-Bomben durch eine Atombombenexplosion (s. Kernwaffen); bei der kontrollierten Kernfusion ist man dem Temp.-Ziel (ca. 108 K) mit Lasern u. P.-Heizung (s. Lawson-Kriterium bei Kernfusion) sehr nahe gekommen. Bei neuen Experimenten mit ASDEX upgrade entdeckte man einen neuen P.-Zustand, der zu einer kontrollierten u. zerstörungsfreien Energieabfuhr bei der Kernfusion genutzt werden kann .
Obwohl ein P. makroskop. betrachtet elektr. neutral ist, liegt im mikroskop. Maßstab keine homogene Verteilung der pos. u. neg. Ladungsträger vor; es bilden sich stark fluktuierende Ladungsüberschüsse u. damit verbunden elektr. Felder. Diese elektr. Felder begrenzen die Störungen in der Ladungsverteilung. Aufgrund der Massenträgheit der beschleunigten Ladungsträger erfolgt der Ausgleich stets über den homogenen Zustand hinaus; es baut sich wieder ein elektr., diesmal entgegengesetztes Feld auf. Die Frequenz dieser Oszillation wird als Plasmafrequenz np bezeichnet u. hängt von der Dichte der freien Ladungsträger ab. Die Elektronenplasmafrequenz npe entspricht der reziproken Einstellzeit für elektrostat. Abschirmung durch Elektronen, d. h. elektromagnet. Strahlung mit einer Frequenz npe kann sich in dem entsprechenden P. nicht ausbreiten.
Anw. finden P. in Plasmabrennern, zur Stromerzeugung, in der Plasmachemie, in der Plasma-Emissionsspektroskopie mittels ICP od. Mikrowellen-Induktion (MIP), in der Halbleiter-Technik zum Ätzen integrierter Schaltkreise, in Metallspritz-Verf., in der Magnetohydrodynamik, in P.-Triebwerken u. in der Kernfusion, s. a. Plasmabrenner, Plasmachemie u. Plasmazustand.
Lit.: 1 Lerner u. Trigg (Hrsg.), Encyclopedia of Physics, Weinheim: VCH Verlagsges. 1991. 2 Kohlrausch, Praktische Physik 2, S. 290 ff., Stuttgart: Teubner 1996. 3 Kohlrausch, Praktische Physik 2, S. 769 ff., Stuttgart: Teubner 1996. 4 Phys. Bl. 51, 189 (1995).
allg. (zu 4.): Boozer, Plasma Confinement, S 1, u. Mendel u. Schamiloglu, Plasma Diagnostics, Vol. 13, in Encyclopedia of Physical Science and Technology, New York: Academic Press 1992 ï Int. Lab. 14, Nr. 8, 76–85 (1984) ï Kirk-Othmer (3.) 11, 590–609; S, 51 ff., 599–625 ï Phys. Bl. 45, 333 (1989); 46, 383 (1990); 47, 51 (1991) ï Top. Curr. Chem. 90, 59–109 (1980). – Referateorgan: Science Research Abstracts Journal, Part A: Superconductivity, Magnetohydrodynamics and Plasmas; Theoretical Physics, Bethesda: Cambridge Scient. Abstracts (seit 1972) ï s. a. Plasmachemie, Gasentladung, ICP, Laser u. Kernfusion.
E = F = I = S plasma
Quelle: Römpp Lexikon Chemie – Version 1.5, Stuttgart/New York: Georg Thieme Verlag 1998
Asoo! So kalt kann Plasma sein? Welche
Temperatur muß das haben?
Die Temperatur, bei der ein Gas ionisiert
ist abhaengig vom Gas selbst. Ausserdem
Ionisation tritt nicht NUR bei Erwaermung
ein, in einer Leuchtstoffroehre ist es
Stossionisation. Innerhalb eines
elektrischen Kraftfeldes bewegen sich
Elektronen, bzw. sie werden beschleunigt.
Wenn sie mit den Molekuelen/Atomen des
Gases zusammenstossen, koennen sie ihre
Bewegungsenergie verlieren und dabei den
Stoßpartner ionisieren.
Wieso kann Plasma so viel?
Plasma-Schneiden, Oberflächenbehandlung,
…
Wie viele Elektronen gehen da vom Kern
weg? Nur die im Valenzband, oder mehr?
Haengt von der Energiemenge ab, die dem
Gas zugefuehrt wird. Hochenergietische
Strahlung (Roentgen/Gamma) sind in der
Lage, Stoffe komplett zu ionisieren, d.h.
alle Elektronen verabschieden sich von
ihrem Kern. Im Alltag (Flammen, Plasmen in
der Industrie, Leuchtstoffroehren)
sind es i.a. die Valenzelektronen.
Wieso braucht man bei der Kernfusion
Plasma? Das ist doch viel heißer?
Kernfusion wie auf der Sonne findet erst
bei Temperaturen von ca. 10 Mio. K statt.
Hohe Temperaturen sind notwendig.
Da sind alle Stoffe automatisch atomar und
ionisiert. Wenn man die Kernfusion zur
Energiegewinnugn einsetzen will, muss man
das Plasma regulieren koennen (sonst gibt
es einen grossen Knall – sprich H-Bombe).
Das macht man in Versuchsanlagen mit starken
Magnetfeldern. Das ganze ist nach wie vor
im Versuchsstadium.
MEB
Auch hier mal wieder was aus dem Römpp.
Gandalf
-)))))))))))))) Das ist ja echt toll! Woher kriegt man das? Ist das eine CD? Oder ein Buch? Hast Du das abgetippselt?
Vielen Dank!
Bye
Hansi
Hallo!
Erstmal danke für die toller Erklärung! Das hilft mir schon mal extrem weiter!
Eine paar Fragen hätte ich noch:
Wie bringe ich die viele Energie in das Gas hinein? Ich hab da mal was von hochfrequenten Magnetfeldern gehört? Gehts auch anders? Welche Möglichkeiten gibts da?
Wie funktionert die Erzeugung von Plasma in einem Plasma-Schneider für Metall-Bearbeitung?
Bleibt Plasma stabil? Was muß ich tun, daß es so bleibt und nicht irgend wie in einen anderen Zustand (zurück-)fällt?
Wieso leuchtet Plasma?
Hui, jetzt hab ich wieder viel gefragt.
Vielen Dank!
Bye
Hansi
-)))))))))))))) Das ist ja echt toll! :Woher kriegt man das? Ist das eine CD? Oder :ein Buch?
Gibts sowohl als auch. Allerdings nicht billig! die Buchform (6 Bände) kostet 1500,- die CD soweit ich weiß auch.
Hast Du das abgetippselt?
Für so was gibts doch die Zwischenablage!!
Gandalf
Wie bringe ich die viele Energie in das
Gas hinein? Ich hab da mal was von
hochfrequenten Magnetfeldern gehört?
Gehts auch anders? Welche Möglichkeiten
gibts da?
Hochfrequente Magnetfelder… Heheee…
Wo die sind, sind auch elektrische Felder,
mit anderen Worten, ein hochfrequentes
Magnetfeld ist automatisch ein
hochfrequentes elektromagnetisches Feld
und das ist elektromagnetische Strahlung.
Nun kommt es darauf an, wie hoch die
Frequenzen sind…
Sind es kHz oder MHz -> Radiowellen
Sind es GHz -> Mikrowellen
noch hoeher -> Infrarot, Licht, Ultraviolett
noch hoeher -> Roentgenstrahlung
und noch hoeher -> Gammastrahlung.
Dazu gehoeren auch jede Art von Laser.
Natuerlich kann man mit elektromagnetischer
Strahlung Energie in ein Gas pumpen, um es
zu ionisieren. Die Strahlung wird von den
Gasmolekuelen absorbiert, welche Elektronen
freisetzen koennen.
Die andere Variante ist wie gesagt
Ionisation durch Stoesse zwischen Teilchen
(Stossionisation in Leuchtstoffroehren).
Man keonnte auch die Erwaermung in dieses
Kapitel zaehlen. Waerme – gleichbedeutend
mit hoher kinetischer Energie der
Gasmolekuele.
Wie funktionert die Erzeugung von Plasma
in einem Plasma-Schneider für
Metall-Bearbeitung?
Kann ich Dir konkret nicht sagen.
Bleibt Plasma stabil? Was muß ich tun,
daß es so bleibt und nicht irgend wie in
einen anderen Zustand (zurück-)fällt?
Sich selsbt ueberlassen strebt es „Harmonie“
mit der Umgebeung an. Physiker sagen einen
Zustand minimaler Energie. Natuerlich muss
ein Plasma mitr soviel Energie „gefuettert“
werden, damit es erhalten bleibt.
Bsp. der Docht einer Kerze ist heiss, nur so
lange ist die Flamme sichtbar.
Wieso leuchtet Plasma?
Plasma – ionisiertes Gas
Natuerlich sind die Elektronen bestrebt,
wieder eine Bindung zu den Ionen
herzustellen. Wenn sie das tun, geben sie
Energie in Form von Strahlung ab. Das ganze
ist ein Gleichgewicht. Durch die Energie-
zufuhr von aussen werden Molekuele
ionisiert, durch die Wiedervereinigung wird
Energie in Form von Strahlung abgegeben.
Hui, jetzt hab ich wieder viel gefragt.
Und, macht das schlau… 
MEB
Hi MEB…
…eine Kerzenflamme ein Plasma??? Bist du Dir da ganz sicher?? Ich dachte immer, dass bei der Kerze einfach nur Paraffin mit Luftsauerstoff verbrennt, dass da eine simple exotherme Oxidation stattfindet, wo die Kohlenwasserstoffketten des Paraffins zu Kohlendioxid und Wasser(-dampf) und weiteren Restprodukten umgesetzt werden…von Atomrümpfen und freiem „Elektronengas“ also keine Spur…
Zudem spricht man ja auch von KerzenFLAMME, während beim Plasma, da eben keine normale Verbrennung stattfindet, von einer PlasmaFACKEL - z.B. bei einem Inductively Coupled Plasma - gesprochen wird.
cu, René
…eine Kerzenflamme ein Plasma??? Bist
du Dir da ganz sicher?? Ich dachte immer,
dass bei der Kerze einfach nur Paraffin
mit Luftsauerstoff verbrennt, dass da
eine simple exotherme Oxidation
stattfindet, wo die
Kohlenwasserstoffketten des Paraffins zu
Kohlendioxid und Wasser(-dampf) und
weiteren Restprodukten umgesetzt
werden…von Atomrümpfen und freiem
„Elektronengas“ also keine Spur…
Kurzlebig schon.
Wie anders waere es zu erklaeren, dass eine
Flamme Licht aussendet. O.K. Paraffin
verbrennt und erzeugt Waermeenergie. Die
Waeme wird an die Luft abgegeben,
Luftmolekuele angeregt bzw. ionisiert. Der
Zustand haelt allerdings nicht lange an,
Elektronen und Ionen rekombinieren bzw.
Elektronen gehen in ihren Grundzustand
zurueck und ergeben das charakteristische
Leuchten…
Soviel zum Szenario, wie ich mir das
vorstelle, ueber die Details habe ich mir
natuerlich nicht die Ruebe zerbrochen.
MEB
Hallo MEB!
Danke für die tollen Antworten!
Das mit der Metallbearbeitung werde ich in irgend einer anderen Gruppe fragen!
Bye
Hansi
Hi!
Kurzlebig schon.
Wie anders waere es zu erklaeren, dass
eine
Flamme Licht aussendet. O.K. Paraffin
verbrennt und erzeugt Waermeenergie. Die
Waeme wird an die Luft abgegeben,
Luftmolekuele angeregt bzw. ionisiert.
Der
Zustand haelt allerdings nicht lange an,
Elektronen und Ionen rekombinieren bzw.
Elektronen gehen in ihren Grundzustand
zurueck und ergeben das charakteristische
Leuchten…
Soviel zum Szenario, wie ich mir das
vorstelle, ueber die Details habe ich mir
natuerlich nicht die Ruebe zerbrochen.
Hmm, sind das nicht glühende Kohlenstoff-Partikel???
Bye
Hansi
Hmm, sind das nicht glühende
Kohlenstoff-Partikel???
Glaube ich eigentlich nicht.
Die Molekuele im Paraffin enthalten zwar
Kohlenstoffatome, ich denke aber keinen
reinen Kohlenstoff. Und es wuerde mich sehr
wundern, wenn solcher als Reaktionsprodukt
bei einer Verbrennung entsteht.
MEB
Hi MEB!
Hmm, sind das nicht glühende
Kohlenstoff-Partikel???Glaube ich eigentlich nicht.
Die Molekuele im Paraffin enthalten zwar
Kohlenstoffatome, ich denke aber keinen
reinen Kohlenstoff. Und es wuerde mich
sehr
wundern, wenn solcher als
Reaktionsprodukt
bei einer Verbrennung entsteht.
Naja, bei einer Kerze verbrennt ja (genauso wie bei Holz, Gasheizung, Ölheiung, …) irgend ein Kohlenwasserstoff. Dabei entstehen Verbrennungsprodukte wie CO2, H2O und noch anderes Zeugs. Probier mal etwas (das die hohe Hitze aushält) in eine Kerzenflamme zu halten. Dort wo es am gelbsten 
ist. Das ist danach ganz schwarz. Das ist der Kohlenstoff. Die Verbrennung ist nicht vollständig, weil die Temperatur zu gering ist. Also Kohlenstoff kommt da sehr sehr wohl zustande.
Außerdem, wenn das Licht vom Plasma kommen würde, müßte es ja ein Linienspektrum sein (Elektronen fallen, wie vorher jemand gesagt hat, in tiefere Bahnen). Eine Kerze hat aber (wie jeder Temperaturstrahler) eine Wellenlängerverteilung nach der komischen länglichen Planck-Formel.
Noch was zum Plasma. Jede Gasentladungslampe (Leuchtstoffröhre=Quechsilberdampfniederdrucklampe, Xenon-Lampe, Glimm-Lamperl (in Phasentester-Schraubenzieher), Natriumdampflampen=gelbe Straßenbeleuchtung), …) hat ein Linienspektrum. Kommt das genau von diesem Plasma, weil da die Elektronen zurückfallen?
Noch was:
Kann man Plasma so definieren:
Plasma=ionisiertes Gas
Bye
Hansi
schwarz. Das ist der Kohlenstoff.
Klar, Ruß. Manchmal vergißt man die
einfachsten Dinge…
Außerdem, wenn das Licht vom Plasma
kommen würde, müßte es ja ein
Linienspektrum sein (Elektronen fallen,
wie vorher jemand gesagt hat, in tiefere
Bahnen). Eine Kerze hat aber (wie jeder
Temperaturstrahler) eine
Wellenlängerverteilung nach der komischen
länglichen Planck-Formel.
Ich kann Dir echt nicht sagen, was das
Kerzenlicht fuer ein Spektrum hat. Aber
Deine Schilderungen wie oben sind i.O.
Vorsicht aber ist geboten: Linien entstehen
dann, wenn Elektronen von einen Energie-
zustand in einen anderen „fallen“, also
von einen gebundenen Zustand in einen
anderen. Ein freies Elektron hat eine
kinetische Energie, die nicht gequantelt
ist, die also beliebig sein kann. Diese
kinetische Energie muss es erst abgeben,
bevor es in eine „Atombahn“ fallen kann.
Deshalb ist keine scharfe Linie zu erwarten.
Noch was zum Plasma. Jede
Gasentladungslampe
(Leuchtstoffröhre=Quechsilberdampfniederdrucklampe,
Xenon-Lampe, Glimm-Lamperl (in
Phasentester-Schraubenzieher),
Natriumdampflampen=gelbe
Straßenbeleuchtung), …) hat ein
Linienspektrum. Kommt das genau von
diesem Plasma, weil da die Elektronen
zurückfallen?
Auch hier Vorsicht.
Die Linien von Na entstehen, weil
Elektronen von einem gebundenen Zustand in
einen anderen uebergehen. Die Anregung
energiereicher Zustaende geschieht durch
Stoesse. Dabei koennen (muessen aber nicht)
Elektronen komplett losgeloest werden.
Das haengt davon ab, wie heftig der Stoss
war. Insofern ist das Gas teilweise ionisiert. Wie hoch der Anteil ionisierten
Gases in solchen Lampen ist, kann ich nicht
sagen. Weiterhin ist zu beachten, dass Elek-
tronen auch strahlungslos uebergehen
koennen. Ihre kinetische Energie koennen
sie ja auch an die viel gewichtigeren Atome abgeben oder Elektonen stossen Atome und
regen dessen Elektronen an. Du siehst,
Strahlungsvorgaenge sind ein komplexes
Kapitel (das sind sie in der Tat!!!).
Die Entstehung eines Spektrums umfaßt oft
viele Komponenten. Selsbt das einfache
Spektrum einer Na-Lampe (zwei gelbe Linien)
ist sicher nicht nur Anregung und
Abstrahlung.
Kann man Plasma so definieren:
Plasma=ionisiertes Gas
Ja.
MEB