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.
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Willkommen bei einer

Stimme für das

Elektrische Universum

l etzte Änderung: 01.11.2017

6. STRÖME, FILAMENTE UND PINCHE

6.4 GLIMMENTLADUNGSRÖHREN

Es    sind    viele    Beschreibungen    von    Entladungsröhren    verfügbar,    die    hier    nicht    im    Detail    wiederholt werden sollen. Die wichtigsten Punkte für die gegenwärtigen Zwecke sind die folgenden: 1 . In   einer   Röhre   gibt   es   entlang   der   Achse   sichtbare   Bänder,   in   denen   man   das   Plasma   glimmen sehen    kann,    durchsetzt    von    “dunklen”    Bändern,    wo    es    ein    solches    Glimmen    nicht    gibt.    Die verschiedenen   Bänder   repräsentieren   zwei   der   drei   möglichen   Operationsmodi   eines   von   Strom durchflossenen Plasmas. 2 . Das    dunkle    Band    repräsentiert,    nicht    überraschend,    den    Dunkelentladungs-Modus.    In    diesen Regionen   ist   die   Elektronengeschwindigkeit   unter   derjenigen,   die   notwendig   ist,   um   eine   sichtbare Anregung    der   Atome    des    neutralen    Gases    zu    verursachen,    obwohl    die    Ionisation    bei    höheren Strömen   vorkommt.   Es   wird   jedoch   sogar   im   Dunkelmodus   Strahlung   außerhalb   der   sichtbaren Wellenlängen abgegeben, welche mit nichtoptischen Mitteln entdeckt werden kann. 3 . Die     glimmenden     Bänder     repräsentieren     den     normalen     Glimm-Modus.     Hier     verursacht     die Geschwindigkeit   der   Elektronen   die   Ionisation   des   Gases.   Das   Glimmen   wird   durch   die   Strahlung der    Elektronen    neutraler   Atome    verursacht,    nachdem    sie    durch    Kollision    mit    schnellen    freien Elektronen angeregt wurden. 4. Der     dritte     mögliche     Modus     des     Verhaltens     von     Plasma     ist     der     Lichtbogen-Modus,     der beispielsweise aus dem schmerzlich weißen Licht von Schweißgeräten oder Blitzen vertraut ist. 5 . Zurück   zur   Glimmentladungsröhre.   Man   könnte   erwarten,   dass   die   Potentialdifferenz   zwischen   den Elektroden   ein   gleichmäßiges   elektrisches   Feld   entlang   der   Röhre   verursachen   würde.   Plasma verhält sich jedoch anders. 6 . Es   wurde   festgestellt,   dass   eine   Doppelschicht   (DL,   engl.:   double   layer)   in   einer   Röhre   ein   extern angelegtes   elektrisches   Feld   zwischen   Anode   und   Kathode   modifiziert.   Die   DL   formt   sich   in   einer solchen   Weise,   dass   das   Potentialgefälle   überwiegend   quer   zur   DL   vorkommt.   In   einiger   Entfernung von   der   Region   der   DL   befindet   sich   viel   von   dem   übrigen   Plasma   in   einer   Glimmentladungsregion, die   als   positive   Säule   bekannt   ist.   Diese   kann   sich   über   einen   bedeutenden   Teil   der   Länge   der Entladungsröhre ausdehnen. 7 . Innerhalb   der   positiv   geladenen   Säule   gibt   es   ungefähr   die   gleiche   Anzahl   von   Elektronen   und Ionen.   Das   Plasma   ist   hier   deshalb   quasi-neutral.   Weil   der   Großteil   des   Potentialgefälles   quer   durch die   DL   vorkommt,   gibt   es   nur   einen   kleines,   aber   konstantes   Spannungsgefälle   oder   elektrisches Feld innerhalb der positiven Säule. 8 . Es   scheint   Analogien   zwischen   der   positiven   Säule   in   einer   Entladungsröhre   und   dem   Plasma   in der Heliosphäre der Sonne zu geben. 9 . Ein   anderes   Ergebnis   der   Entladungsröhrenexperimente   ist   auch   relevant   für   unsere   Diskussion des Plasmaverhaltens und wird im nächsten Abschnitt diskutiert.

6.5 STROMSPANNUNG-STROMDICHTE-KURVE

Wenn      die      Spannung      V      gegen      die Stromdichte      J      in      einer      Entladungsröhre aufgetragen   wird   (Stromdichte   ist   Stromstärke geteilt   durch   die   Fläche   der   Entladungsröhre), dann        wird        sichtbar,        dass        die        drei verschiedenen      Plasmaentladungsmodi      drei verschiedenen               Abschnitten               einer diskontinuierlichen    Schaukurve    entsprechen, die   als   Spannung   gegen   Strom-   oder   V-J-Kurve bekannt ist. Im    dunklen    Entladungmodus    steigt    die V-J-Kurve   mit   steigender   Spannung,   aber   nicht gleichmäßig.   Wenn   die   Spannung   einen   Wert erreicht,     der     hoch     genug     ist,     beginnt     die Ionisation    und    die    Stromstärke    beginnt    bei einer    nur    kleinen    Steigerung    der    Spannung sehr schnell zu steigen. Die   Entladung   wechselt   dann   schnell   in den   Glimmentladungsmodus .   Dieser   wird   von einer    dramatischen,    sprunghaften    Änderung der    Spannung    begleitet.    Die    Spannung    fällt plötzlich   ab,   da   nur   eine   kleine   Spannung   nötig   ist,   um   eine   große   Stromstärke   zu   erzeugen,   wenn   eine   große Anzahl von Elektronen durch die Ionisation erzeugt wird. Ein   sehr   beträchtlicher   Effekt    kommt   häufig   bei   niedrigen   Stromdichten   in   der   Glimmentladungsregion vor.   Die   Spannung   verringert   sich   tatsächlich   mit   steigender   Stromdichte.   Mit   anderen   Worten,   das   Plasma überträgt bei einer höheren Ladungsdichte den Strom wirksamer, weil der Spannungsabfall geringer ist.   Bei      noch      höheren      Stromdichten      steigt      die      Spannung      wieder,      was      bedeutet,      dass      der Glimmentladungsabschnitt   der   V-J-Kurve   bei   einem   bestimmten   Wert   der   Stromdichte   ein   Minimum   besitzt. Dieses   Minimum   repräsentiert   den   Punkt   des   geringsten   Übertragungswiderstandes   des   Gesamtstroms.   Im kosmischen   Plasma   könnte   dieser   Effekt   bei   der   Entstehung   von   Filamenten   durch   das   Einengen   des   Stromes innerhalb eines besonderen Querschnittsgebietes signifikant wirksam sein. In   ähnlicher   Weise   sinkt   die   Spannung   plötzlich   wieder   mit   steigender   Stromdichte   im   extrem   hellen Lichtbogenmodus.   Wenn   Plasma   in   den   Lichtbogenmodus    gezwungen   wird,   tendiert   es   zu   Filamenten,   um   den Spannungsabfall zu reduzieren.

6.6 FILAMENTBILDUNG IM STROM

Filamentbildung   wird   als   ein   normaler   Verhaltensmodus   von   Strömen   in   Plasmen   beobachtet,   wie   durch die   J-V-Kurve   bezeugt   wird   und   durch   physikalische   Strukturen   im   Weltraum   selbst.   Ein Artikel   von   Dr. Anthony Peratt bezüglich der Filamentbildung kann hier  gefunden werden. Besonders     Stromschichten     (welche     wir     später     betrachten     werden)     tendieren     dazu,     wegen     der Entwicklung   von   Wirbeln   in   einzelne,   kleinere   Filamente   aufzubrechen.   Diese   Wirbel   ähneln   etwas   denjenigen, die      wir      in      strömenden      Flüssigkeiten      mit      ihren      unterschiedlichen      Schichten      von      verschiedenen Fließgeschwindigkeiten (Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten) gefunden haben.
Die     Bedingungen     innerhalb     eines     Stromfilaments     sind eindeutig   verschieden   von   denen   im   Rest   des   Plasmas.   Das   führt normalerweise   zur   Ausformung   einer   stromfreien   Doppelschicht (current-free    double    layer,    kurz    CDFL)    an    den    Grenzen    des Filamentes,   da   die   schnelleren   Elektronen   durch   das   elektrische Feld innerhalb der DL zu Filamenten eingeschnürt werden. Wir    können    nun    sehen,    dass    Filamente    stromführende längliche Plasmazellen mit CDFLs an ihren Grenzen sind. Beweise    für    Filamente_und_elektrische_Ströme     sind    im Weltraum   weit   verbreitet.   Filamentäre   Strukturen   werden   von   den meisten   Astronomen   als   auf   allen   Ebenen   –   vom   Sonnensystem bis    zu    galaktischen    und    intergalaktischen    Größenordnungen    existierend    anerkannt.    Die    einzige    Abweichung    zwischen    dem elektrischen      Modell      und      dem      Gravitationsmodell      besteht hinsichtlich     der     Frage,     ob     diese     Filamente     stromführende Strukturen   sind,   die   natürlich   den   Gesetzen   der   Elektrodynamik des    Plasmas    folgen,    oder    ob    sie    irgendwie    fluide    “Jets”    sind, Tausende    von    Lichtjahren    lang,    die    in    Übereinstimmung    mit Computersimulationen    von    hypothetischen    Gravitationskräften, basierend   auf   kalter   dunkler   Materie   (cold   dark   matter,   kurz   CDM) angetrieben werden sollen. In   einem   Fluid   tendieren   Jets   dazu,   sich   rasch   in   Schwaden mit niedriger Geschwindigkeit aufzulösen.
6.7 STROM-PINCHE  Jeder Strom I, der in einem Leiter fließt, erzeugt ein magnetisches Feld B um ihn herum. Die Linien gleicher magnetischer Kraft nehmen die Form von Ringen um die Achse des Stromes herum an. Die magnetische Kraft nimmt mit zunehmender radialer Entfernung von der Achse ab.  Durch Berücksichtigung der Lorentzkraft kann gezeigt werden, dass die Wechselwirkung des Stromes I mit seinem eigenen Magnetfeld B einen radial einwärts gerichteten Druck auf das Stromfilament verursacht, geschrieben als I x B (das ist “I kreuz B” in Vektor-terminologie). Das wird “pinch” [vom englischen Wort to pinch, d.h. zusammenquetschen oder -kneifen] oder “Z-pinch” genannt (wenn man den Stromfluss als parallel mit der Richtung der “Z-Koordinate” definiert).  In einem metallischen Leiter wird dem Druck I x B durch das atomare Ionengitter Widerstand geleistet. In einem Plasmastrom kann der Druck durch den Druck des Plasmas innerhalb der Filamente ausbalanciert werden. Daraus ergibt sich ein beständiger Zustand, wo der Strom axial durch sein eigenes azimutales [scheitelwinkliges] oder kreisendes Magnetfeld fließen kann. Die Balancegleichung ist als Bennett-Pinch-Gleichung bekannt.  Laborversuche können den Pincheffekt nutzen, um Aluminiumdosen durch die Anlegung eines starken Magnetfeldes sehr schnell zu zerdrücken. Die Dose wird zerdrückt, bevor der Druck in der Dose in der Lage ist sich genügend aufzubauen, um der Pinchkraft zu widerstehen. Magnetische Feldkräfte in Blitzen können einen einwärts gerichteten Pincheffekt erzeugen, der einen festen Kupferblitzableiter zerdrückt.
Übersetzung: H. Täger

5. Plasma-Randzonen u. a.

6. Fortsetzung

5. Plasma-Randzonen u. a.

6. Fortsetzung

Planetare Nebel zeigen oft Merkmale bipolarer Symmetrien mit einem im Zentrum gelegenen

Plasmapinch, polaren Jets und einem äquatorialen Torus.

Bild mit freundlicher Genehmigung von  NASA, ESA und Hubble Heritage Team

6.1 THERMISCHE BEWEGUNG UND STROM

Es   ist   wichtig   zwischen   zufälliger   thermischer   Bewegung   und   gleichmäßiger   linearer   Bewegung   in   Plasma zu   unterscheiden.   Die   Letztere   ist   ein   elektrischer   Strom,   der   wegen   der   Anwesenheit   eines   elektrischen   Feldes fließt. Die    zufällige    thermische    Bewegung    wird    durch    die   Temperatur    des    Plasmas    gemessen    oder    durch    die separaten    Temperaturen    von    Ionen    und    Elektronen,    wenn    deren    Temperaturen    unterschiedlich    sind.    Diese Bewegung,   welche   eine   Bewegung   geladener   Teilchen   ist,   ist   auch   eine   Form   von   Strom,   aber   eine,   die   um   eine Durchschnittsposition    schwankt,    im    Gegensatz    zur    Bewegung    in    nur    eine    Richtung.    Streng    genommen    kann Temperatur   nur   dann   ein   akkurates   Maß   der   Energie   sein,   wenn   die   Verteilung   der   Geschwindigkeiten   einzelner Teilchen   nach   Maxwell   erfolgt,   das   heißt,   wenn   die   Verteilung   derjenigen   entspricht,   welche   sich   aus   elastischen Zusammenstößen zwischen den Teilchen ergeben würde. Gleichmäßige    lineare    Bewegungen    ergeben    sich    aus    einem    elektrischen    Feld    und    repräsentieren    einen Driftstrom.   Alle   Teilchen   mit   derselben   charakteristischen   Ladung   (positiv   oder   negativ)   bewegen   sich   unter   dem Einfluss   des   elektrischen   Feldes   in   derselben   Richtung.   Das   bedeutet,   dass   wir   in   einem   Plasma,   wo   es   ungefähr die   gleiche   Anzahl   von   positiven   und   negativen   Teilchen   gibt   (“quasi-neutral”),   die   positiv   geladenen   Teilchen zusammen in eine der Bewegung der Elektronen entgegengesetzte Richtung finden können. Die   Teilchen   haben   alle   kinetische   Energie,   welche   hoch   sein   kann,   aber   sie   haben   im   Ergebnis   dieser linearen   Bewegung   keine   Temperatur.   Das   kommt   daher,   dass   die   Temperatur   nur   genutzt   wird   um   die   Energie   der Teilchen   mit   zufälliger   Geschwindigkeit    zu   messen,   solcher,   die   in   Kollisionen   verwickelt   sind.   Da   beide   Typen dazu   tendieren,   sich   entlang   mehr   oder   weniger   paralleler   Bahnen   zu   bewegen   und   die   Dichte   des   Plasmas   relativ niedrig ist, sind Kollisionen weniger häufig und die Maxwellschen Kollisionsbedingungen werden nicht erfüllt. Beide   Typen   der   Bewegung   existieren   gleichzeitig,   wann   immer   ein   Strom   fließt.   Der   Stromfluss   oder   die Drift   der   Teilchen   wird   überlagert   von   den   zufälligen   Bewegungen.   Eine   andere   Möglichkeit   sich   das   vorzustellen ist   es,   sich   eine   Durchschnittsposition   der   zufälligen   Bewegung   vorzustellen,   die   sich   mit   der   Driftgeschwindigkeit in Richtung des Stromes bewegt.

6.2 ELEKRONEN- UND IONENSTRÖME

Wir    haben    gesehen,    dass    Elektronen    wegen    ihrer    geringeren    Masse    viel    höhere    Geschwindigkeiten erreichen   als   Ionen.   Ein   Elektron   trägt   jedoch   dieselbe   Größe   einer   (negativen)   Ladung   wie   ein   positiv   geladenes Proton   trägt,   die   leichteste   Form   eines   Ions.   Deshalb   bedeutet   die   höhere   Geschwindigkeit   der   Elektronen,   dass sie beim Leiten von Strömen in einem Plasma effektiver sind. Das    Verhältnis    des    Elektronenstroms    zum    Ionenstrom    in    einem    nicht-relativistischen    Plasmastrom    ist proportional   der   Quadratwurzel   des   umgekehrten   Verhältnisses   seiner   Massen.   Für   das   leichteste   positive   Ion,   ein Proton,   bedeutet   das,   dass   der   Elektronenstrom   etwa   43   Mal   größer   als   der   Ionenstrom   ist.   [Wenn   die   Masse   eines Elektrons   mit   1   angenommen   wird,   dann   wäre   die   Masse   des   Protons   1836   mal   größer:   (1836   ÷   1)   =   42,85   ].   In vielen Situationen ist es die Bewegung der Elektronen, welche das Verhalten des Plasmas bestimmt.

6.3 STROM IN ENTLADUNGSRÖHREN IN LABORS

Plasma     wird     seit     über     100     Jahren     in     Laborexperimenten     studiert     und     eine     gewaltige     Menge     an experimentellen   Daten   und   Analysen   ist   heute   verfügbar.   Eines   der   fundamentalen   Experimente   beinhaltet   eine Glimmentladungsröhre,    in    welcher    der    Strom    bei    niedrigem    Druck    ein    Gas    passiert,    wie    beispielsweise Quecksilberdampf. Dieser verursacht die Ionisation des Gases und die Schaffung eines Plasmas in der Röhre.

Evakuierte (Niedriggasdruck) Röhre mit Anode und Kathode und

Hochspannungsquelle.

Bildnachweis: Wiki Creative Commons

Stromspannung-Stromdichte-Diagramm in Plasma, Entladungsmodi

Die zentrale Kathode einer kleinen Plasmal-

ampe ist umgeben von einer ausgedehnten

kugelförmigen Entladungsschicht, welche von

der äußeren Glashülle angezogen wird

(Anode). Wo der Strom sich außerhalb der

Oberflächenschicht ausdehnt, formt er fila-

mentäre Strukturen, wenn er sich durch das

Niedrigdruckmedium innerhalb der Lampe

fortpflanzt.

Bildquelle: Luc Viatour /www.lucnix.be

Flugzeugturbinen stoßen Jets aus Gas aus, zu

sehen hier als Streifen von Eiskristallen, die in

einiger Entfernung von den Triebwerken

ausfällen, sich schnell ausdehnen und bis zum

Stopp in der oberen Atmosphäre abbremsen.

Einige   Jets   im   Weltraum   jedoch,   zum   Beispiel   der   4000 Lichtjahre   lange   Jet   der   elliptischen   Galaxis   M87,   scheinen   über enorm   große   Entfernungen   im   Jetzustand   zu   bleiben,   bevor   sie sich   in   Schwaden   auflösen.   Das   könnte   bedeuten,   dass   diese Jets nicht Fluide sind, sondern elektrische Filamente. Ein    bedeutender    Artikel ,    betitelt    Measurement    of    the Current   in   a   Kpc-Scaled   Jet ”,   der   auf   den   Untersuchungen   eines von   der   Radiogalaxis   3C303   ausgehenden   Jets   basierte,   wurde 2011 in arXiv von Kronberg, Lovelace u.a. publiziert. Wenn     wir     annehmen,     dass     es     sich     um     elektrische Filamente   handelt,   dann   müssen   wir   wissen,   welche   Theorien und   Experimente   uns   darüber   Auskunft   geben,   wie   elektrische Filamente      ihre      Form      über      astronomische      Entfernungen beibehalten. Diese Frage wird nachfolgend diskutiert.

Der Jet der Galaxis M87. Die Galaxis ist der helle Knoten

oben links im sichtbaren Licht (rötlich); der Jet dehnt sich

nach unten rechts aus, hier gesehen im UV-Licht (weiß

und blau).

Bildnachweis: NASA/Hubble

Links: Das Feld, das durch eine schnelle, 2 Kilojoule starke Entladung durch 3-adrigen

dicken Draht erzeugt wurde, zerstörte diese Dose. Rechts: Der Z-Pinch eines

natürlichen Blitzes deformierte diesen Metallstab.

Bildquelle: Wiki Creative Commons