Für Anfänger

gibt es eine Einführung in die Thematik des kosmischen  Plasmas unterstützt durch Youtube Movies

Der Leitfaden

der Elektro- dynamik ist die Voraussetzungen, um die Eigen- schaften des Plasmas, des Aggregatzustandes, in dem sich der Kosmos zu mehr als 99% befindet, zu verstehen..  

Missverständnisse

sind der Grund, warum viele Leute die Ideen des Elektrischen Universums ablehnen. Hier wird mit den Missverständnissen aufgeräumt.

Unter dem Menüpunkt

      Blogs/ Ideensammlung

werden archeologische Artefakte

und mythologische Überlieferungen

von  David Talbott in einer

Podcastserie gedeutet. Diese

Deutungen sind jedoch physikalisch

nicht haltbar.

SpaceNews

In    Kurzfilmen    mit    deutschen Untertiteln      werden      die      neuesten Erkenntnisse      über      den      Kosmos dargestellt.

Neu: siehe SpaceNews 2016

unterstützt von  Mugglebibliothek.
© Dr. M. Hüfner 2015
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Willkommen bei einer

Stimme für das

Elektrische Universum

l etzte Änderung: 01.11.2017

2. Fortsetzung

2.6 EINFÜHRUNG IN ELEKTRISCHE FELDER

Eine   elektrische   Ladung   besitzt   eine   Polarität.   Das   bedeutet,   dass   sie   entweder   positiv   oder   negativ   ist. Nach   Übereinkunft   entspricht   die   elementare   (kleinste)   Einheit   einer   Ladung   der   eines   Elektrons   (-e)   oder   eines Protons (+e). Die elektrische Ladung ist gequantelt, sie ist immer ein ganzzahliges Vielfaches von e.   Die     Grundeinheit     einer     Ladung     ist     ein Coulomb   (C),   wobei   e   =   1,60×10^-19   Coulomb.   In Umkehrung     des     letztgenannten     kleinen     Wertes entspricht     ein     Coloumb     6,25×10^18     einzelnen geladenen      Teilchen.      Ein      Ampere      (A)      eines elektrischen   Stromes   ist   ein   Coloumb   pro   Sekunde. Ein   20A-Strom   bedeutet   deshalb,   dass   20   C   einer Ladung      pro      Sekunde      oder      das      1,25×10^20 Elektronen    pro    Sekunde    einen    bestimmten    Punkt passieren. Jede     Ladung     führt     ein     sie     begleitendes elektrisches    Feld    mit    sich.    Ein    elektrisches    Feld ähnelt    einem    magnetischen    Feld    darin,    dass    es erzeugt    wird    durch    die    grundlegende    Kraft    der elektrischen         Wechselwirkung         und         deren “Reichweite”   oder   Wirkungsbereich,   der   unendlich oder     unendlich     groß     ist.     Das     ein     einzelnes geladenes   Teilchen   umgebende   elektrische   Feld   ist kugelförmig,      wie      das      Feld      der      Gravitations- beschleunigung um eine kleine Punktmasse oder eine große Kugelmasse herum. Die   Stärke   eines   elektrischen   Feldes   an   einem   bestimmten   Punkt   definiert   sich   als   Kraft   in   Newton   (N),   die von    einer    positiven    Testladung    von    1    Coloumb,    die    an    diesem    Punkt    platziert    ist,    ausgeübt    wird.    Wie    bei Gravitation   ist   die   Kraft   dieser   Ladung   umgekehrt   proportional   zum   Quadrat   der   Entfernung   zu   dieser   (oder   einer anderen) Ladung. Das   Wichtigste   besteht   bei   der   Definition   einer   Testladung   als   positiv   darin,   konsequent   die   Richtung   der Kraft,   die   eine   Ladung   auf   eine   andere   Kraft   ausübt,   zu   definieren.   Da   gleiche   Ladungen,   so   wie   Magnetpole,   sich abstoßen   und   ungleiche   sich   anziehen,   tendieren   die   vorgestellten   elektrischen   Feldlinien   dahin,   von   positiven Ladungen   weg   in   Richtung   auf   negative   Ladungen   zu   zeigen.   Siehe   das   kurze   Youtube-Video   über   das   elektrische Feld hier . Hier   sieht   man   eine   anwendergesteuerte   Demonstration   von   zwei   Ladungen   und   die   sie   umgebenden   Linien der Kraft in dieser Mathematica- Anwendung Man   muss   dazu   den   Mathematica-Player   von   der   verlinkten   Webseite   herunterladen   (nur   einmal   und   das gratis)   um   die   Demo   abzuspielen.   Nach   Installation   von   Mathematica   Player   auf   “Download   Live   Demo”   klicken. Man   kann   die   Stärke   und   Polarität   der   Ladung   (+   oder   -)   mit   den   Gleitreglern   bestimmen   und   die   geladenen Teilchen    über    den    Schirm    ziehen,    muss    aber    den    Feldlinien    Zeit    geben,    sich    zwischen    den    Änderungen    zu beruhigen. Elektromagnetische    Kräfte    wirken    gewöhnlich    stärker    auf    Plasma    im    Weltraum    als    Gravitationskräfte. Elektromagnetismus   kann   abgeschirmt   werden,   während   das   bei   Gravitation   nicht   funktioniert,   soweit   wir   wissen. Das   übliche Argument   des   Standardmodells   besteht   darin,   zu   sagen,   dass   die   meisten   Elektronen   in   einer   Region oder   einem   Körper   mit   Protonen   in   den   Kernen   der Atome   und   Moleküle   gepaart   sind,   so   dass   die   resultierenden Kräfte   der   positiven   und   negativen   Ladungen   sich   so   perfekt   aufheben,   dass   für   “große   Körper   Gravitation dominieren kann” (Link: Wikipedia, Fundamental Interactions, unter dem Untertitel Electromagnetism ). Dabei    wird    übersehen,    dass    mit    der    gelegentlichen   Ausnahme    von    relativ    kühlen,    stabilen    und    fast- neutralen   Planetenumgebungen,   wie   der   auf   der   Erde   gefundenen,   die   meiste   Materie   im   Universum   aus   Plasma besteht,   d.h.   geladene   und   neutrale   Teilchen   bewegen   sich   in   der   komplexen   Symphonie   von   Ladungstrennung und    elektrischen    und    magnetischen    Feldern,    die    sie    selbst    geschaffen    haben.    Gravitation,    obwohl    immer vorhanden, ist typischerweise nicht die dominierende Kraft. Da    sie    weit    entfernt    davon    entfernt    sind,    mehrheitlich    aus    neutralen    Ladungen    und    schwachen magnetischen    und    elektrischen    Feldern    sowie    sie    begleitenden    schwachen    Ladungen    zu    bestehen,    können elektrische   Felder   und   Ströme   in   Plasma   im   Weltraum   oft   sehr   groß   und   kraftvoll   werden.   Das   Elektrische   Modell besteht   darauf,   dass   Phänomene   im   Weltraum   wie   Magnetosphären,   Birkeland-Ströme,   Sterne,   Pulsare,   Galaxien, galaktische   und   stellare   Jets,   planetare   Nebel,   “Schwarze   Löcher”,   energetische   Teilchen   wie   Gammastrahlung und   Röntgenstrahlung   und   andere   grundsätzlich   elektrische   Ereignisse   der   Plasma-Physik   sind.   Sogar   felsige Körper   –   Planeten,   Asteroiden,   Monde   und   Kometen   und   die   Gaskörper   in   einem   Sonnensystem   –   existieren   in der    Heliosphäre    ihrer    Sterne    und    sind    nicht    ausgenommen    von    elektromagnetischen    Kräften    und    deren Wirkungen. Jedes   separate,   geladene   Teilchen   trägt   zum   elektrischen   Gesamtfeld   bei.   Die   resultierende   Kraft   an   jedem Punkt   in   einem   komplexen   elektromagnetischen   Feld   kann   mittel   Vektoren   berechnet   werde,   wenn   die   Ladungen als   feststehend   angenommen   werden.   Wenn   geladene   Teilchen   sich   bewegen   (und   das   tun   sie   immer),   dann “schaffen”    sie    –    sind    sie    begleitet    von    –    Magnetfeldern    und    das    verändert    die    magnetische    Konfiguration. Änderungen   in   einem   Magnetfeld   wiederum   schaffen   elektrische   Felder   und   beeinflussen   deshalb   die   Ströme selber,    so    dass    Felder,    die    mit    sich    bewegenden    Teilchen    beginnen,    sehr    komplexe    Wechselwirkungen, Rückkopplungsschleifen und chaotische Mathematik repräsentieren. Ladungen   im   Weltraum   können   in   jeder   Konfiguration   räumlich   verteilt   sein.   Wenn,   anstatt   eines   Punktes oder   einer   Kugel,   die   Ladungen   in   linearer   Weise   verteilt   sind,   so   dass   die   Länge   des   geladenen   Gebietes   viel länger   ist   als   ihre   Breite   oder   ihr   Durchmesser,   dann   kann   gezeigt   werden,   dass   die   elektrischen   Felder   die   lineare Form   wie   Zylinder   gleichen   Kraftpotentials   umgeben,   und   dass   das   Feld   aus   dieser   Konfiguration   mit   steigender Entfernung   von   der   Achse   des   Körpers   proportional   abnimmt   (nicht   mit   dem   Quadrat   der   Entfernung).Das   ist wichtig   für   das   Studium   der   Effekte   von   elektrischen   und   magnetischen   Feldern   in   filamentären   Strömen   wie Blitzschlägen, einem Plasmafokus oder großen Birkelandstömen im Weltraum. Erinnert   sei   daran,   dass   die   Richtung   der   auf   eine   positive   Ladung   ausgeübten   Kraft   bei   der   positiven Ladung   beginnt   und   an   der   negativen   Ladung   endet,   oder,   wenn   sie   die   negative   Ladung   verfehlt,   sich   unendlich weit   erstreckt.   Sogar   ein   kleines   Ladungsungleichgewicht   mit,   sagen   wir,   mehr   positiv   geladenen   Teilchen   hier und   mehr   negativ   geladenen   Teilchen   ein   Stück   entfernt,   führt   zu   einer   Region   der   Kraft   oder   elektrischen   Feldern zwischen    den    Bereichen    getrennter    ungleicher    Ladungen.    Die    Bedeutung    dieser    Verteilung    wird    bei    der Diskussion von Doppelschichten in Plasma weiter unten noch deutlicher werden. Man   stelle   sich   einen   elektrischen   Kondensator   vor,   in   dem   es   zwei   getrennte,   entgegen   gesetzt   geladene Platten   oder   Schichten   gibt,   vergleichbar   zu   den   zwei   geladenen   Platten   “B”   in   der   Abbildung   oben.   Es   gibt   ein elektrisches    Feld    zwischen    den    zwei    Schichten.    Jedes    geladene    Teilchen,    das    sich    zwischen    den    beiden Schichten   bewegt   oder   platziert   ist,   wird   durch   die   entgegengesetzt   geladene   Schicht   beschleunigt.   Elektronen (welche   negativ   geladen   sind)   beschleunigen   in   Richtung   der   positiv   geladenen   Schicht   und   positive   Ionen   in Richtung der negativ geladenen Schicht.
Das elektrische Feld um eine positive Ladung (L) und zwischen zwei geladenen Platten. Die Pfeile deuten die Richtung der Kraft an einer positiven Ladung an. Man beachte, dass dieselbe Kraft in die entgegen gesetzte Richtung wirkt bei einer negativen Ladung.

Die Flamme einer Kerze in einem elektrischen Feld zwischen ungleich geladenen

Platten bewegt sich seitwärts, weil die Flamme teilweise aus ionisiertem Plasma

besteht. Sie reagiert deshalb stärker auf die elektrische Kraft zwischen den Platten

als auf die vertikalen thermischen Kräfte in einem Schwerkraftfeld.

Dem   Newtonschen   Gesetz   zufolge   führen   Kräfte   zur   Beschleunigung.   Deshalb   ergibt   sich   aus   elektrischen Feldern   die Aufnahme   von   Geschwindigkeit   durch   geladene   Teilchen.   Entgegengesetzt   geladene   Teilchen   werden sich   in   entgegengesetzte   Richtungen   bewegen.   Ein   elektrischer   Strom   ist   per   Definition   die   Bewegung   einer Ladung    nach    einem    Punkt.    Elektrische    Felder    verursachen    daher    elektrische    Ströme,    indem    sie    geladene Teilchen beschleunigen. Wenn   ein   elektrisches   Feld   stark   genug   ist,   dann   werden   die   geladenen   Teilchen   durch   das   Feld   auf   sehr große Geschwindigkeiten beschleunigt. Zum weiteren Studium über elektrische Felder siehe hier .

2.7 ENTDECKUNG ELEKTRISCHER FELDER UND STRÖME IM WELTRAUM

Elektrische   Felder   und   Ströme   sind   viel   schwieriger   zu   entdecken,   wenn   man   kein   Messinstrument   direkt an    das    Feld    anlegen    kann,    aber    wir    haben    elektrische    Ströme    im    Sonnensystem    durch    die    Nutzung    von Raumfahrzeugen   festgestellt.   Eines   der   ersten   war   der   auf   einer   niedrigen   Umlaufbahn   fliegende   Satellit   TRIAD, der   Ströme   entdeckte,   die   mit   der   oberen Atmosphäre   der   Erde   wechselwirken.   1981   beschrieb   Hannes Alfén   ein heliosphärisches Strommodell in seinem Buch Cosmic Plasma . Seither   wurde   eine   Region   elektrischer   Ströme,   genannt   Heliosphärische   Neutralschicht   (heliospheric   oder heliocentric   current   sheet   oder   kurz   HCS)   entdeckt,   die   die   positiven   und   negativen   Regionen   des   Magnetfeldes der   Sonne   von   einander   trennt.   Sie   ist   etwa   15   Grad   zum   Sonnenäquator   geneigt.   Während   einer   Hälfte   des Sonnenzyklus    liegen    die    nach    außen    zeigenden    Magnetfelder    über    der    HCS    und    nach    innen    zeigende Magnetfelder   darunter.   Dann   kehren   sich   die   Verhältnisse   um,   wenn   das   Magnetfeld   der   Sonne   nach   der   Hälfte des   Sonnenzyklus   seine   Polarität   wechselt.   So   wie   die   Sonne   sich   dreht,   dreht   sich   die   HCS   mit   ihr,   und   “zieht” ihre Wellenbewegungen mit sich in einer, von der NASA so genannten, “Standard-Parkerspirale”. Einige   Links   zu   Webseiten,   die   sich   mit   der   heliosphärischen   Neutralschicht   befassen,   befinden   sich   bei Wikipedia , NASA , dieser Mathematica- Demonstration  und der UK Solar Physics  Webseite.

Darstellung der um die Sonne herum liegenden heliozentrischen Neutralschicht (HCS)  mit den

typischen, zu einer Spiralenform gezogenen Wellenformen.  

Bildquelle: Wiki Commons

Raumfahrzeuge    haben    seit    1980    im    Lauf    der    Zeit    Veränderungen    an    verschiedenen    Stellen    in    der Neutralschicht    gemessen.    Sie    haben    erdnahe    und    ebenso    Sonnenströme    entdeckt.    Das    Gravitationsmodell akzeptiert,   dass   Ströme   im   Weltraum   existieren,   nimmt   aber   an,   dass   sie   ein   Ergebnis   des   magnetischen   Feldes sind. Wir werden später auf diesen Punkt zurückkommen.

Eine Forschungsrakete, SPIRIT II, mit ausfahrbaren Auslegern mit Langmuir-Sonden als Nutzlast, die

elektrische Felder und Ionen im erdnahen Plasma finden sollen.

Bildquelle: NASA Wallops Flight Facility und Penn State University

Elektrische    Felder    außerhalb    der    Reichweite    von    Raumfahrzeugen    sind    nicht    in    derselben    Weise    zu entdecken   wie   magnetische   Felder.   Die   Aufspaltung   oder   Verbreiterung   von   Spektrallinien   kommt   in   elektrischen Feldern   vor,   aber   es   ist   ein   asymmetrisches   Aufspalten   der   Linien,   welches   die   Anwesenheit   eines   elektrischen Feldes   anzeigt,   im   Gegensatz   zu   der   symmetrischen   Aufspaltung   der   Linien   in   Magnetfeldern.   Außerdem   ist   die Verbreiterung   der   Linien   durch   elektrische   Felder   abhängig   von   der   Masse   des   Licht   aussendenden   Elements   (die leichteren    Elemente    sind    sehr    schnell    verbreitert    oder    aufgespalten,    schwerere    Elemente    hingegen    weniger betroffen),   während   die   Verbreiterung   nach   Zeeman   (magnetisches   Feld)   unabhängig   von   deren   Masse   ist.   Die asymmetrisch   breitlinige   Aufspaltung   oder   Verbreiterung   wird   als   Stark-Effekt   bezeichnet,   nach   Johannes   Stark (1874-1957).

Die Verschiebung von Spektrallinien von Helium

wächst mit der Stärke des elektrischen Feldes,

welches es passiert. Schwere Elemente zeigen

weniger Aufspaltung der Spektrallinien als

leichtere.

Bildquelle: Journal of the Franklin Institute, 1930

Ein   anderer   Weg   um   elektrische   Felder   zu   entdecken,   ist der   Rückschluss   aus   dem   Verhalten   der   geladenen   Teilchen, insbesondere    derjenigen,    die    auf    hohe    Geschwindigkeiten beschleunigt    werden    und    die    Existenz    elektromagnetischer Strahlung   wie   Röntgenstrahlen   im   Weltraum,   welche,   wie   wir seit   langer   Zeit   aus   unserer   irdischen   Erfahrung   wissen,   durch starke elektrische Felder erzeugt werden. Elektrische   Ströme   in   Plasma   geringer   Dichte   verhalten sich       wie       fluoreszierendes       Licht       oder       Crooke´sche Vakuumröhren.     In     einem     schwachen     Ladungszustand     ist Plasma   dunkel   und   strahlt   wenig   sichtbares   Licht   ab   (obwohl kalt,   kann   dünnes   Plasma   im   Bereich   der   Radio-   und   fernen infraroten   Wellenlängen   sehr   stark   strahlen).   Wenn   der   Strom größer   wird,   dann   tritt   das   Plasma   in   den   Glimmmodus   ein und     strahlt     einen     mäßigen     Betrag     elektromagnetischer Energie   im   sichtbaren   Bereich   ab.   Dies   wird   deutlich   im   Bild am   Ende   dieses   Kapitels.   Wenn   elektrische   Ströme   in   Plasma sehr      intensiv      werden,      dann      strahlt      das      Plasma      im Lichtbogenmodus.   Außer   der   Größenordnung   gibt   es   wenig signifikanten      Unterschied      zwischen      Blitzen      und      der strahlenden Oberfläche der Photosphäre eines Sterns.
Das   bedeutet   natürlich,   dass   elektrische   Prozesse   nicht   einfach   auf   die   Teile   des   Sonnensystems   begrenzt sind,   die   für   Raumfahrzeuge   erreichbar   sind.   Das   Elektrische   Modell   schlägt   vor,   dass   ähnliche   Prozesse   auch außerhalb   unseres   Sonnensystems   vor   sich   gehen.   Nach   alledem   wäre   es   seltsam,   wenn   unser   Sonnensystem   der einzige Platz im Universum wäre, wo elektrische Effekte vorkommen.

Der Schleiernebel mit seinen durchsichtigen, glimmenden filamentären Plasmaströmen und Stromschichten dehnt sich

über Lichtjahre aus.

Bildquelle: T.A. Rector, University of Alaska, Anchorage, and Kitt Peak WIYN 0,9m telescope/NOAO/AURA/NSF

Übersetzung H. Täger

3. Das Plasma

3. Das Plasma

2. Felder im Weltraum

2. Felder im Weltraum