Плазмена Сфера: Грім у склі з благородним газом

Замклена сфера майже нічого

Всередині сфери плазмової лампи розташовується невеликий центральний електрод та суміш благородних газів, зазвичай неону та аргону або ксенону, під тиском значно нижчим за атмосферний. Низький тиск має значення: це означає, що між електродом і склом менше атомів газу, тому електричне поле, необхідне для вилучення електронів з цих атомів та запуску провідного розряду, званого діелектричним руйнуванням, значно нижче, ніж за атмосферного тиску. Цей поріг напруги як функція тиску та відстані між проводами описується законом Пашена, і саме тому лампу можна живити невеликим трансформатором із домашньої розетки замість величезних напруг, необхідних для звичайного проміжного зазору.

Висока напруга, висока частота, низький струм

Невеликий внутрішній трансформатор, по суті, мініаткова котушка Тесли, підвищує звичайну зміну напруги з розетки до приблизно 2000 до 5000 вольт, але на високій частоті, зазвичай від 20 до 40 кілогерц, а не 50 або 60 Гц звичайної розетки. Висока напруга є тим, що викликає прорив; висока частота підтримує низький струм і робить пристрій безпечним для дотику, оскільки на цих частотах струм схильний проходити вздовж зовнішньої поверхні провідника (ефект шкіри) замість глибокого проникнення в тіло людини, а сам трансформатор сконструйований таким чином, щоб обмежувати струм і не міг би доставити небезпечний удар навіть при короткому замиканні.

Чому волокна замість рівномірного світіння

Плазмовий розряд не обов’язково заповнює контейнер рівномірно – для електричного струму може бути енергетично вигідніше концентруватися в невеликій кількості вузьких, яскравих провідних каналів або струменів, ніж поширюватися як розмите сяйво. Коли струмінь іонізує тонкий шлях газу, опір цього шляху знижується, що заохочує більший струм слідувати тим самим каналом замість того, щоб починати новий, позитивний зворотний зв’язок, який підтримує окремі волокна тонкими та чіткими, а не розмиваючись у туман. Точні шляхи дрейфують і мерехтять, оскільки плазма також реагує на незначні локальні коливання щільності газу, температури та залишніх зарядів, що залишилися після попереднього півциклу - достатньо стабільна, щоб виглядати навмисно, хаотична, але ніколи не повторюється точно.

Спосіб з пальцемі: пошук землі

Вольфрамова нитка є потоком, що шукає найпростіший шлях назад до іншого кінця трансформатора, який зв’язаний із кімнатою через витік здатності до конденсації до землі. Повітря – поганий провідник, тому зазвичай кожна нитка ділиться шляхом повернення приблизно однаково. Доторкніться скла та вашого тіла, яке є набагато кращим провідником і набагато краще з’єднане з справжньою землею, ніж повітря, стає найменш опірним шляхом повернення в цій точці сфери – отже, одна або кілька ниток згинаються та фіксуються під вашим пальцем, слідуючи за шляхом найменшого опору точно так само, як блискавка знаходить найвищу, найкраще заземлену об’єкт у бурі.

Чому колір залежить від газу

Світло походить від атомного випромінювання: вільні електрони в плазмі стикаються з нейтральними атомами газу та піднімають їх на вищий енергетичний рівень, а коли ці електрони падають назад, вони виділяють надлишкову енергію у вигляді фотона з довжиною хвилі, встановленою конкретним елементом. Переходи неону займають частину в діапазоні помаранчево-червоного спектру, аргону – фіолетово-блакитний, а комерційні лампи змішують гази або додають фосфорні покриття всередині скла для зміни або диверсифікації кінцевого кольору, використовуючи ту ж основну атомну фізику, що й у неонових вивісках і люмінесцентних труб.

Frequently asked questions

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Plasma Globe і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.