Ein Freund sagte, dass Sterne heiße Gasbälle sind, aber wir wissen, dass Sterne technisch Plasma sind. Ist seine Aussage völlig falsch? Kann ein Plasma als eine Form von Gas betrachtet werden oder sollte es als eine eigenständige Form von Materie bezeichnet werden?
Gute Frage! Der entscheidende Unterschied besteht darin, dass in einem Gas die Atome intakt und tatsächlich typischerweise zu Molekülen verbunden sind, während sich in einem Plasma zumindest einige der Elektronen vollständig von ihren Atomen trennen. Mit anderen Worten, Teilchen eines Plasmas sind geladen, aber Teilchen eines Gases sind meistens ungeladen. Technisch gesehen ist ein Plasma also kein Gas, und es sollte gesagt werden, dass ein Stern eine Plasmakugel ist, kein Gas. (Tatsächlich gibt es eine dünne äußere Schicht namens Photosphäre , die eigentlich aus Gas besteht, weil die Temperatur nicht hoch genug ist, um Plasma zu bilden.)
Außerhalb der Physik verwenden die Leute jedoch oft das Wort "Gas", um sich auf jede Art von dampfförmiger Substanz zu beziehen, und in diesem Sinne nehme ich an, dass ein Plasma zählt. In gewisser Weise könnte die Aussage Ihres Freundes also als richtig angesehen werden. Aber das ist eine Frage für die englische Seite.
Gase sind sehr einfache Systeme. Betrachten Sie nur ein Markenzeichen aller Gase, das ideale Gas. Es gibt dort keine Wechselwirkungen zwischen den Teilchen. Die realen Gase haben einige Wechselwirkungen, aber diese können als Störungen des idealen Gases behandelt werden. Natürlich sind Gase an bestimmten Abschnitten der Phasendiagramme komplizierter. Ich spreche natürlich von Übergangslinien zu Flüssigkeiten und Feststoffen und vor allem von merkwürdigen Dingen, die am kritischen Punkt passieren. Aber was wir normalerweise als Gas betrachten (z. B. Luft um uns herum), kann als Haufen von Teilchen behandelt werden, die fast überhaupt nicht interagieren. Mit anderen Worten, diese Teilchen sind ziemlich neutral.
Andererseits geht es bei Plasma nicht nur um Teilchen. Plasma besteht sowohl aus Teilchen als auch aus Feldern (normalerweise ein EM-Feld, aber es gibt auch viele andere Arten) und es gibt sehr komplexe Phänomene, die die Energie zwischen den Feldern und Teilchen übertragen können. Dies ist ein sehr wichtiger Punkt, da die Leute oft vergessen, dass Felder so grundlegend sind wie Teilchen (sogar noch grundlegender, da gemäß der Quantenfeldtheorie (QFT) Teilchen nur lokale Teile eines Feldes sind). Aus Sicht der QFT ist Plasma also eine Mischung aus Materie- und Kraftfeldern. Wenn wir das System aus geladenen Teilchen + EM-Feld gleich behandeln würden, wäre es besser als Elektron-Photonen-Plasma zu beschreiben. In ähnlicher Weise gibt es ein Quark-Gluon-Plasma (wo die starke Kraft anstelle der EM-Kraft dominiert).
Die beiden wichtigsten Punkte bei Plasmen sind also, dass sie geladene Teilchen (mit welcher Kraft auch immer) und Felder enthalten und dass sie sehr kompliziert sind (aufgrund ihrer hohen Dichte, eine notwendige Bedingung, um die neutralen Teilchen in ihre geladenen Komponenten zu zerlegen). Wenn wir Plasma gut genug verstehen würden, könnten wir zB die thermonukleare Fusion (zumindest im Prinzip) durchführen. Dies ist derzeit nicht möglich, da Plasma sehr instabil ist .
Plasma gilt als einer der 4 Grundzustände der Materie. Geladene Teilchen müssen nahe genug beieinander liegen, dass jedes Teilchen viele benachbarte geladene Teilchen beeinflusst, anstatt nur mit dem nächsten Teilchen zu interagieren (diese kollektiven Effekte sind ein Unterscheidungsmerkmal eines Plasmas). Die Plasmanäherung ist gültig, wenn die Anzahl der Ladungsträger innerhalb des Einflussbereichs (als Debye-Kugel bezeichnet, deren Radius die Debye-Sieblänge ist) eines bestimmten Teilchens größer als eins ist, um ein kollektives Verhalten der geladenen Teilchen bereitzustellen. Die durchschnittliche Teilchenzahl in der Debye-Kugel ist durch den Plasmaparameter gegeben
Ted Bunn