Plasmakugeln, auch bekannt als Plasmalampen oder Tesla-Kugeln, sind dekorative Objekte, die faszinierende Lichtmuster erzeugen.

Eine Plasmakugel besteht aus einer transparenten Glaskugel, die mit einem Edelgas oder einer Gasmischung (wie Neon, Argon oder Xenon) bei niedrigem Druck gefüllt ist. In der Mitte der Kugel befindet sich eine Elektrode, die oft eine kugelförmige oder säulenartige Struktur hat und mit einem Hochspannungs-Wechselstromgenerator verbunden ist. Ein Transformator oder Oszillator erzeugt eine Hochspannung, typischerweise im Bereich von mehreren Kilovolt, die an die zentrale Elektrode angelegt wird, um die Gasmoleküle in der Kugel zu ionisieren. Hierbei entstehen positiv geladene Gasmoleküle und freie Elektronen, die zusammen ein Plasma bilden.

In diesem Plasma entstehen bunte Entladungen, wenn die ionisierten Gase beim Zurückkehren in ihren Grundzustand Licht emittieren. Die Farbe des Lichts hängt von der Art des verwendeten Gases ab. Zum Beispiel erzeugt Neon ein rötliches Licht, Argon ein bläuliches Licht und Xenon ein violettes Licht. Durch Berühren der Glaswand der Kugel können die Entladungen gesteuert werden. Da der menschliche Körper leitfähig ist und eine niederohmige Verbindung zur Erde bietet führt dies dazu, dass die Entladungen der Plasmakugel zu dem Punkt geleitet werden, an dem die Berührung stattfindet.

• Klassische Plasmakugel
• Grüne Plasmakugel
• Blaue Plasmakugel

Klassische Plasmakugel

Das folgende Spektrum wurde aufgenommen, indem der Lichtleiter dicht an die Glaskugel gehalten und durch Berührung die Lichtentladung innerhalb der Kugel so gelenkt wurde, dass hauptsächlich blaue Entladungen vor dem Lichtleiter auftraten. Im Spektrum zeigen sich dann auch hauptsächlich Emissionslinien von Xenon.

Steuert man durch Berührung das Plasma innerhalb der Kugel so, dass sich hauptsächliche rötliche Entladungen vor dem Lichtleiter abspielen, beobachtet man im Spektrum zusätzlich zu den Xenon-Linien auch Linien, die von Neon stammen. Bei der vorliegenden Plasmakugel wurde also offenbar eine Mischung aus Xenon und Neon für die Gasfüllung genutzt.

Grüne Plasmakugel

Plasmakugeln gibt es auch mit anderen Farben. Hier ein Beispiel einer Kugel mit grünlicher Farbe. Das aufgenommene Spektrum zeigt, dass die grünliche Farbe aber nicht durch spezielle Gase sondern über eine Phosphorbeschichtung auf der Kugelinnenseite erzeugt wird. Diese Beschichtung ist bei genauer Betrachung auch als körnige milchige Schicht zu erkennen und vereinzelt finden sich auch kleine hell grünlich leuchtende Phosphorkrümel. Das Spektrum zeigt zudem, dass die Füllung auch bei dieser Kugelart aus Xenon und Neon besteht.

Blaue Plasmakugel

Auch bei diesem Kugeltyp wird die blaue Farbe über einen floureszierenden Phosphor realisiert. Interessanterweise befindet sich hier neben Xenon offenbar auch noch Argon als Füllgas in der Kugel.

¹ Die Spektren wurden mit den Czerny-Turner-Spektrometern aus unserem Optikbaukasten aufgenommen.

Die Daten der eingeblendeten Emissionslinien stammen aus der Atomic Spectra Database | NIST

Kramida, A., Ralchenko, Yu., Reader, J., and NIST ASD Team (2023). NIST Atomic Spectra Database (ver. 5.11), [Online]. Available: https://physics.nist.gov/asd [2024, June 23]. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD. DOI: https://doi.org/10.18434/T4W30F