Plasma ist normalerweise etwas, das wir entweder als Bestandteil unseres Bluts kennen, oder als mysteriöses Etwas, das in Science-Fiction-Filmen mit gewaltiger Kraft aus Waffen und Raketenantrieben strömt. Mit ein wenig Physik-Kenntnissen und Mut zum Entdecken kann letzteres Plasma auch im 08-15-Haushalt entspringen. Es selbst herzustellen wird nicht empfohlen – dafür gibt’s hier ein Video zur visuellen Verkostung von Plasma.
Das Mikrowellen Experiment – Erzeugung von Plasma
Wie funktioniert eine Mikrowelle?
Das Herzstück der Mikrowelle ist das sogenannte Magnetron. Ein Magnetron funktioniert im wesentlichen wie eine Pfeife oder Flöte: Wenn in der Pfeife oder Flöte der Luftstrom über die scharfe Kante streicht, entsteht im inneren des Körpers eine Schwingung.
Im Magnetron wird ein Elektronenstrom erzeugt, der durch ein Magnetfeld, erzeugt durch zwei Ringmagneten, in eine kreisförmige Bahn gelenkt wird. Der äußere Ringmagnet besitzt Schlitze, die in einen Hohlraum münden. Dadurch entstehen wie bei der Pfeife Schwingungen. Diese Schwingungen können, wenn die Hohlräume die richtigen geometrischen Abmaße haben, das Magnetron zu einer Resonanzschwingung anregen. Durch die Auskopplungsschleife in einem der Hohlräume kann man die Schwingleistung auf eine Antenne führen, welche diese dann abstrahlt.
Was ist Plasma?
Plasma, oder auch der vierte Aggregatzustand genannt, ist ein ionisiertes leitfähiges Gas. Ein solches Phänomen entsteht auch beim Blitz. Der Blitz erwärmt die Luft dermaßen, dass die Luft ionisiert und dadurch elektrisch leitfähig wird. Dieses Plasma kann man auch in einer Mikrowelle herstellen.
Versuchsaufbau
Man benötigt eine Mikrowelle (idealerweise eine nicht mehr in Gebrauch befindliche), ein leeres Gefäß (Bierflasche oder ähnliches), einen Wärmeherd (z.B. glühender Zigarettenstummel, getränktes Papier) und eine Kamera ;).
Die Mikrowelle wird auf maximale Leistung und drei Minuten gestellt. Über die Wärmequelle wird das leere Gefäß gestülpt, und die Tür der Mikrowelle geschlossen. Bevor die Wärmequelle erlischt, ist die Mikrowelle zu starten.
Der Wärmeherd wird jetzt mit der Mikrowelle so stark erhitzt, sodass die Luft im Inneren des Gefäßes ionisiert wird und ein kleiner Plasmaball entsteht. Idealerweise sollte spätestens jetzt das Gefäß umfallen, damit das Plasma nicht erstickt, da zu wenig Luft daran kommt (wie bei Feuer).
Ist dies geschehen, wird das Plasma immer weiter durch die Mikrowelle erhitzt. Nach zirka einer Minute sieht es aus, als ob das Plasma erstickt. Dem ist aber nicht so, denn das Plasma ist jetzt so heiß, dass es anfängt das Gefäß zum Schmelzen zu bringen.