Funktionsprinzip einer Plasmakugel

Physinetz · Anmeldungsdatum: 20.09.2006 Beiträge: 317

Grüß euch.

Habe als Hausaufgabe auf, das Funktionsprinzip einer Plasmakugel , möglichst physikalisch, zu beschreiben.

Leider hänge ich gerade an einer Stelle, vielleicht könnte mir da ja jemand weiterhelfen:

Soweit bin ich:

Die Plasmakugel funktioniert nach einem ähnlichen Prinzip wobei kein Elektrolyt aus leitender „Grundstoff“ eingesetzt wird, sondern ein ionisiertes Gas.
Bei der Plasmakugel findet nun eine selbstständige Gasentladung statt. Dabei werden Ladungsträger durch Stoßionisation erzeugt: Vorhandene Ladungsträger werden vom E-Feld beschleunigt, und lösen nun durch Stöße Elektronen aus Atomen heraus.

Nun weiß ich aber nicht weiter:

Enstehen dadurch jetzt Ionen, die eben wie bei einem Elektrolyt Strom leiten?

Oder wird bei den Stößen nun Energie frei, die man dann als Licht sieht?

Aber warum bilden sich dann Strahlen aus, wenn man seine Hand auf die Oberfläche legt?

Wikipedia und http://pl.physik.tu-berlin.de/groups/pg279/protokolless02/06_plasma_kir.pdf können mir da nicht wirklich weiterhelfen.

Ich hoffe ihr könntet mir das FUnktionsprinzip erklären,

Vielen Dank !

Physinetz · Anmeldungsdatum: 20.09.2006 Beiträge: 317

so richtig? :

Im Sockel der Plasmakugel befindet sich ein Transformator, der eine sehr hohe Wechselspannung mit hoher Frequenz erzeugt, die nun an der inneren kleinen Kugel anliegt und so ein E-Feld erzeugt. Die kleine Kugel ist mit einer Metallschicht überzogen. In der großen Glaskugel selbst, liegt ein Gasgemisch aus Xenon und Neon vor. Zusätzlich herrscht in ihr ein Unterdruck.
Kosmische Strahlung und radioaktive Hintergrundstrahlung erzeugen einige Gasionen in der Glaskugel, die nun im E-Feld mit der Frequenz des Wechselfelds in radialer Richtung beschleunigt werden. Dadurch erhalten sie eine große Energie, mit der sie auf ihrem ungeordneten Weg (ungeordnete Bewegung im Gas) auf weitere Gasatome treffen, die dadurch wiederrum ionisiert werden. Dabei werden durch Stöße Elektronen aus den Gasatomen herausgestoßen (Stoßionisation).
Aus dem Chemieunterricht kennt weiß man beispielsweise, dass ein Elektrolyt wie eine Säure Strom leitet. Ein Elektrolyt ist ein Stoff, der beim Anlegen einer Spannung (die ein E-Feld hervorruft) auf Grund der gerichteten Bewegung von Ionen eine elektrische Leitfähigkeit vorweist. Elektrolyte sind also Ionenleiter.
In der Plasmakugel befindet sich nun kein Elektrolyt als „leitender Grundstoff“ sondern ein ionisiertes Gas, dass nun ebenfalls eine elektrische Leitfähigkeit vorweist. Es entsteht ein leitender Blitzkanal, in dem Ladung fließt. In diesem „Entladungsschlauch“ entsteht nun ein Plasma (Begriff siehe oben), welches für uns nun sichtbar wird.
Durch häufige Zusammenstöße, kann durch die Energie des Zusammenpralls ein Elektron aus der äußersten Bahn auf eine höhere mögliche Bahn gehoben werden. Das Atom befindet sich nun in einem angeregten Zustand, während es vor dem Zusammenstoß im Grundzustand war. Da nur der Grundzustand ein stabiler Zustand ist, wird dieser stets angestrebt. Ein Anregungszustand wird also nur eine ganz geringe Zeit andauern, dann fällt das Elektron auf seine Grundbahn zurück. Bei diesem „Herunterfallen“ wird genau die Energie frei, die beim Stoß benötigt wurde, um das Elektron auf die höhere Bahn hinaufzuheben. Das Elektron strahl jetzt diese Energie als elektromagentische Welle aus. Liegt die Wellenlänge dabei im Bereich des sichtbaren Lichts, so reagiert unser Auge auf diese elektromagnetische Welle mit einem Lichteindruck.
Das „möglich“ wurde im vorherigen Absatz bewusst kursiv geschrieben: Es gibt nämlich für jedes Atom nur ganz bestimmt höhere Bahnen, auf die ein Elektron gehoben werden kann und damit auch nur ganz bestimmte Anregungszustände. Das bedeutet aber gleichzeitig, dass das betreffende Atom in den Grundzustand nur Licht von genau festgelegter Wellenlänge aussenden kann. Die Wellenlänge, die für unser Auge den Farbeindruck bestimmt, ist also gewissermaßen ein charakteristisches Kennzeichen des Atoms. So ist z.B. für das blaue Leuchten in der Entladung das Gas Xenon verantwortlich, für das rote Leuchten, das Neon.
Die leuchtenden Strähnen werden übrigens als „Steamer“ bezeichnet.
Doch warum treten die Steamer willkürlich auf? Vereinfacht kann man sagen, dass auf der Kugeloberfläche der großen Kugel die spannungserzeugenden Ladungen gleichmäßig verteilt sind. Wo nun der Streamer ansetzt ist deswegen zufällig.
Berührt man das Glas mit einem Finger, erdet man an dieser Stelle die äußere Glaskugel. Somit ist an dieser Stelle die Potentialdifferenz zwischen innerer und äußerer Kugel größer, so dass an dieser Stelle ein gezielter, kräftiger Streamer entsteht. Dafür gibt es aber insgesamt weniger Steamer. Wegen der hohen Frequenz sind die sehr hohen Spannungen aber für den Menschen relativ ungefährlich – man kann nichts spüren.

gruß physi