Przytłaczająca większość materii, bo aż 99%, w całym dostępnym dla naszych obserwacji wszechświecie (w galaktykach i zawartych w nich gwiazdach) występuje w postaci plazmy czyli zjonizowanego gazu - mieszaniny jonów oraz elektronów obdarzonych ładunkami elektrycznymi. Na Ziemi jednak te proporcje są zupełnie odwrotne, ilość plazmy jest bardzo mała w porównaniu do innych stanów materii: „zwykłych” gazów (które składają się neutralnych elektrycznie atomów), cieczy i ciał stałych. Na Ziemi plazma występuje w płomieniu, iskrze, łuku elektrycznym, w zwykłych świetlówkach gazowych oraz podczas błyskawicy. Również zewnętrzna warstwa atmosfery ziemskiej, tzw. jonosfera, jest plazmą o niewielkiej gęstości, dzięki czemu możemy podziwiać zjawisko zorzy polarnej, podczas którego niebo mieni się przepięknymi kolorami [1]. Są to przykłady zimnej plazmy, która wytwarzana jest głownie podczas wyładowań elektrycznych (transportu ładunku pomiędzy różnymi miejscami w przestrzeni). Z kolei tzw. plazma gorąca (charakteryzująca się bardzo wysoką temperaturą), z której składają się gwiazdy, w tym nasze Słońce, występuje na Ziemi tylko w specjalnych laboratoriach oraz podczas wybuchów jądrowych i wodorowych.

  Plazma zimna generowana jest m.in. podczas wyładowań atmosferycznych (tzw. piorunów lub błyskawic). Samo zjawisko powstawania piorunów jest bardzo skomplikowane i generalnie wiąże się z wytwarzaniem ogromnego ładunku elektrycznego w obszarze chmury burzowej. Ładunek powstaje w procesie tarcia się cząsteczek lodu, powietrza i wody, z których złożona jest chmura. Zgromadzonemu ładunkowi towarzyszy bardzo duży potencjał elektryczny – w konsekwencji różnica pomiędzy potencjałem chmury i Ziemi może być na tyle duża, aby umożliwić przepływ ładunku pomiędzy chmurą a podłożem. Podczas pionowego ruchu ładunku wytwarzana jest plazma, której proces formowania się obserwujemy w postaci błysków świetlnych i efektów dźwiękowych, tzw. grzmotów.

  Jakościowo ten sam efekt możemy zaobserwować dzięki cewce (induktorowi) Ruhmkorffa – urządzeniu, które umożliwia wytwarzanie bardzo wysokich napięć (różnic potencjałów). Zasada działania induktora opisana jest tutaj [2]. Wytrzymałość elektryczna powietrza wynosi ok. 30kV/cm, co oznacza, że potrzeba ponad 30kV napięcia między metalowymi płytkami induktora oddalonymi o 1 cm, aby zaobserwować przeskok ładunku elektrycznego. Zasada wytwarzania plazmy podczas ruchu ładunku (tzw. iskry) jest taka sama jak podczas wyładowania atmosferycznego: elektrony lub jony przyspieszane w polu elektrycznym pomiędzy elektrodami induktora jonizują lub pobudzają cząsteczki powietrza do świecenia. Przeskokowi iskry towarzyszy dodatkowo charakterystyczny dźwięk iskrzenia – czyli „mini” grzmoty. Obszary, w których wytworzona została plazma są gorętsze niż powietrze wokół, wobec czego charakteryzują się wyższym ciśnieniem niż ciśnienie atmosferyczne. Po przejściu iskry obszar ulega jednak szybkiemu ochłodzeniu, któremu towarzyszy spadek ciśnienia. Szybkie zmiany ciśnienia występujące lokalnie podczas przejścia ładunku są źródłem fali dźwiękowej, którą odbieramy jako charakterystyczne iskrzenie (lub grzmoty podczas burzy).

Rys. 1. Po lewe: piorun, po prawej: „mini pioruny” w induktorze Ruhmkorffa.

[1] http://dydaktyka.fizyka.umk.pl/nowa_strona/?q=node/218
[2] http://dydaktyka.fizyka.umk.pl/zabawki1/files/elmag/zapalacz-pl.html