Σφαίρα πλάσματος

Μια σφαίρα πλάσματος με Ίνες που εκτείνονται από την εσωτερική σφαίρα προς το εξωτερικό.

Μια σφαίρα πλάσματος ή λάμπα πλάσματος επίσης και μπάλα πλάσματος είναι μια καθαρή γυάλινη σφαίρα γεμάτη με ένα μείγμα από διάφορα ευγενή αέρια με ένα ηλεκτρόδιο υψηλής τάσης στο κέντρο της σφαίρας. Ίνες πλάσματος εκτείνονται από το εσωτερικό ηλεκτρόδιο στο εξωτερικό γυάλινο μονωτή, δίνοντας την εμφάνιση των πολλαπλών ακτίνων του χρωματισμένου φωτός. Οι σφαίρες πλάσματος ήταν δημοφιλείς από την δεκαετία του 1980.

Η λάμπα πλάσματος εφευρέθηκε από τον Νίκολα Τέσλα, μετά τους πειραματισμούς του με τα ρεύματα υψηλής συχνότητας σε έναν άδειο γυάλινο σωλήνα με σκοπό την μελέτη των φαινομένων υψηλής τάσης, αλλά οι σύγχρονες εκδόσεις είναι γνωστό ότι σχεδιάστηκαν για πρώτη φορά από τον Μπιλ Πάρκερ. Ο Τέσλα έλεγε ότι αυτή η εφεύρεση είναι ένας αδρανής σωλήνας εκκένωσης αερίου. Ο σύγχρονος σχεδιασμός της σφαίρας πλάσματος αναπτύχθηκε στη συνέχεια από τον Bill Parker, φοιτητή στο MIT.

Περιγραφή

Η επίδραση ενός αγώγιμου αντικειμένου(όπως ένα χέρι) σε άμεση γειτνίαση με το γυαλί της σφαίρα πλάσματος

Αν και υπάρχουν πολλές παραλλαγές, ένας λαμπτήρας πλάσματος είναι συνήθως μία διαυγής γυάλινη σφαίρα γεμάτη με ένα μείγμα διαφόρων αερίων (συνηθέστερα νέον, ενίοτε με άλλα ευγενή αέρια όπως αργόν, ξένον και κρυπτόν) σε σχεδόν ατμοσφαιρική πίεση. Οδηγούνται από υψηλής συχνότητας εναλλασσόμενο ρεύμα ενέργειας σε περίπου 35 kHz, 2-5 kV. [1] Αυτή η ενέργεια προέρχεται από ένα χαμηλότερης τάσης DC τροφοδοτικό συνήθως συνδεδεμένη με το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας, και ρέει μέσω ενός μετασχηματιστή υψηλής τάσης σε συνδυασμό με ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα ταλαντωτή υψηλής συχνότητας που μαζί εξόδου υψηλής συχνότητας και υψηλής τάσης εναλλασσόμενου ρεύματος στο ηλεκτρόδιο. Ως εκ τούτου, το κύκλωμα μέσα στο ηλεκτρόδιο μπορεί να θεωρηθεί ως ένα εξειδικευμένο μετατροπέα ισχύος. Η υψηλής τάσης υψηλής συχνότητας, ή ενέργεια ραδιοσυχνοτήτων, μεταδίδεται στο αέριο εντός του σφαίρα μέσω ενός ηλεκτροδίου στο κέντρο της. Μια πολύ μικρότερες κοίλες γυάλινες σφαίρα μπορεί επίσης να χρησιμεύσει ως ένα ηλεκτρόδιο, όταν είναι γεμάτη με μεταλλικό μαλλί ή ένα αγώγιμο ρευστό που είναι σε επικοινωνία με την έξοδο του μετασχηματιστή. Στην περίπτωση αυτή, η ενέργεια ραδιοσυχνοτήτων έχει εισαχθεί εντός του μεγαλύτερου χώρου από χωρητική σύζευξη δεξιά μέσα από το γυαλί. Ίνες πλάσματος εκτείνονται από το εσωτερικό ηλεκτρόδιο στο εξωτερικό γυάλινο μονωτή, δίνοντας την εντύπωση ότι κινείται έλικες του χρωματισμένου φωτός μέσα στον όγκο του πλανήτη (βλ εκκένωσης κορώνας και ηλεκτρική εκκένωση αίγλης).

Μερικές σφαίρες έχουν ένα κουμπί ελέγχου που μεταβάλλει την ποσότητα της ενέργειας που πηγαίνει προς το κεντρικό ηλεκτρόδιο. Στην πολύ χαμηλότερη ρύθμιση που θα ανάψει (ή "απεργία") η σφαίρα, μια ενιαία κληματίδα (κεραυνών) σχηματίζεται. Κανάλι πλάσματος αυτό το ενιαίο κληματίδα που εμπλέκεται αρκετό χώρο για να μεταδώσει αυτό το εντυπωσιακό χαμηλότερη ενέργεια με τον έξω κόσμο μέσα από το γυαλί της σφαίρας. Καθώς η ισχύς αυξάνεται, η ικανότητα αυτού του μοναδικού διαύλου διασπάται (;) και σε ένα δεύτερο (μορφές) κανάλι, έπειτα σε ένα τρίτο, και ούτω καθεξής. Οι έλικες καθένας ανταγωνίζονται να φτάσουν στην εσωτερική σφαίρα, ομοίως. Οι ενεργειακές ροές που ρέουν μέσα από όλα αυτά είναι της ίδιας πολικότητας, ώστε να απωθούνται ως σαν επιβαρύνσεις: Ένα λεπτό σκούρο όριο περιβάλλει κάθε ίχνος σχετικά με το εσωτερικό ηλεκτρόδιο.

Τοποθετώντας ένα άκρο του δακτύλου στο γυαλί δημιουργεί ένα κατάλληλο σημείο ώστε η ενέργεια να ρεύσει, επειδή το (αγώγιμο) ανθρώπινο σώμα (που έχει μη ωμική αντίσταση περίπου 1000 ohms σε θερμοκρασία δωματίου) είναι πιο εύκολα πολωμένο από το διηλεκτρικό υλικό γύρω από το ηλεκτρόδιο (δηλαδή η αερίου εντός της σφαίρας) παρέχει μια εναλλακτική διαδρομή εκκένωσης που έχει μικρότερη αντίσταση. Ως εκ τούτου, η ικανότητα το αγώγιμο μεγάλο σώμα να δεχθεί ενέργεια ραδιοσυχνοτήτων είναι μεγαλύτερη από εκείνη του περιβάλλοντος αέρα. Η διάθεση των Ίνες του πλάσματος εντός του πλανήτη ενέργεια θα ρέει κατά προτίμηση προς το καλύτερο δέκτη. Αυτή η ροή προκαλεί επίσης ένα ενιαίο νήμα, από την εσωτερική σφαίρα στο σημείο επαφής, για να γίνει πιο φωτεινό και πιο λεπτό. [1] Το νήμα είναι πιο φωτεινή, επειδή υπάρχει περισσότερο ρεύμα ρέει μέσα από αυτό και μέσα στο pF ικανότητα ή χωρητικότητα 150, παρουσιάζονται από ένα αντικείμενο, ένα αγώγιμο σώμα, το μέγεθος ενός ανθρώπου. Το νήμα είναι λεπτότερο επειδή τα μαγνητικά πεδία γύρω από αυτό, αυξάνεται από το τώρα-υψηλότερο ρεύμα που ρέει μέσα από αυτό, προκαλεί μια μαγνητοϋδροδυναμική αποτέλεσμα που ονομάζεται αυτο-εστίαση: το δικό μαγνητικά πεδία του καναλιού πλάσματος δημιουργήσει μια δύναμη που ενεργεί για να συμπιέσει το μέγεθος του ίδιου του καναλιού πλάσματος .

Ένα μεγάλο μέρος της κίνησης των Ίνες οφείλεται στην θέρμανση του αερίου γύρω από το νήμα. Όταν αερίου κατά μήκος του νήματος θερμαίνεται, γίνεται όλο και πιο έντονη και ανεβαίνει, που φέρει το νήμα με αυτό. Εάν το νήμα εκφορτίζεται σε ένα σταθερό αντικείμενο (όπως ένα χέρι) στην πλευρά του πλανήτη, θα αρχίσει να παραμορφώνεται σε μία καμπυλωτή διαδρομή μεταξύ του κεντρικού ηλεκτροδίου και του αντικειμένου. Όταν η απόσταση μεταξύ του ηλεκτροδίου και του αντικειμένου γίνεται πάρα πολύ μεγάλη για να διατηρήσει, το νήμα θα σπάσει και ένα νέο νήμα θα μεταρρύθμιση μεταξύ του ηλεκτροδίου και του χεριού. (βλέπε επίσης σκάλα του Ιακώβ)

Ένα ηλεκτρικό ρεύμα που παράγεται σε οποιοδήποτε αγώγιμο αντικείμενο κοντά στην σφαίρα. Το γυαλί δρα ως διηλεκτρικό σε ένα πυκνωτή που σχηματίζεται μεταξύ του ιονισμένου αερίου και του χεριού.

Η σφαίρα παρασκευάζεται με άντληση όσο περισσότερου αέρα γίνεται. Η σφαίρα τότε ξαναγεμίζεται με Νέον σε πίεση όσο μία Ατμόσφαιρα. Εάν η ισχύς της ραδιοσυχνότητας είναι ενεργοποιημένη, αν ο πλανήτης «χτυπήσει» ή «ανάψει», τώρα, ολόκληρη η σφαίρα θα λάμπει από διάχυτο κόκκινο. Εάν προστεθεί λίγο Αργόν, τα νημάτια θα σχηματιστούν. Εάν προστεθεί ολίγο Ξένον, ανθοειδείς σχηματισμοί θα "ανθίσουν" στις άκρες των νημάτων. [Παραπομπή που απαιτείται]

Το διαθέσιμο για αγορά για μια Νέον επιγραφή κατάστημα Νέον έρχεται συχνά σε γυάλινες φιάλες στην πίεση μερικού κενού. Αυτά δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να γεμίσει μια σφαίρα. Δεξαμενές αερίου, το καθένα με ειδικές, σωστή, ρυθμιστή πίεσης και την τοποθέτησή, απαιτούνται: ένα για καθένα από τα αέρια που εμπλέκονται.

Από τα άλλα ευγενή αέρια, το Ραδόνιο είναι ραδιενεργό, το Ήλιον δραπετεύει μέσα από το γυαλί σχετικά γρήγορα, και το Κρυπτόν είναι αρκετά ακριβό. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν και άλλα αέρια. Μοριακά αέρια μπορούν να διαχωριστούν από το πλάσμα.

Ιστορία

Στην πατέντα US 0514170 ("πυρακτώσεως Electric Light", 6 Φλεβάρη του 1894), ο Τέσλα περιγράφει μια λάμπα πλάσματος. Αυτό το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας είναι ένας από τους πρώτους λαμπτήρες εκκένωσης υψηλής έντασης. Ο Τέσλα χρησιμοποίησε μια λάμπα πυρακτώσεως τύπου γλόμπου της λάμπας με ένα ενιαίο εσωτερικό αγώγιμο στοιχείο με ρεύματα υψηλής τάσης από ένα πηνίο του Τέσλα. Κέρδισε προστασία των διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας σε μια συγκεκριμένη μορφή του φανού στον οποίο ένα φως δινόταν σε ένα μικρό σώμα ή το κουμπί από πυρίμαχο υλικό υποστηρίζεται από έναν αγωγό που εισέρχονται σε πολύ μεγάλο βαθμό εξαντλεί την σφαίρα και τον δέκτη. Ο Τέσλα ονόμασε την εφεύρεση του, της μονής λυχνίας τερματικό, ή, αργότερα, η "αδρανούς αερίου απαλλαγή σωλήνα".

Το στυλ Groundstar του σφαίρα πλάσματος δημιουργήθηκε από τον James Falk και διατίθενται στην αγορά για τους συλλέκτες και τα μουσεία επιστήμης στη δεκαετία του 1970 και του 1980.

Η τεχνολογία που απαιτείται για τη διαμόρφωση μείγματα αερίων που χρησιμοποιούνται σε σφαίρες πλάσματος σήμερα, δεν ήταν διαθέσιμη την εποχή του Τέσλα. Οι σημερινοί λαμπτήρες συνήθως χρησιμοποιούν συνδυασμούς ξένον, κρυπτόν και νέον, αν και άλλα αέρια μπορούν να χρησιμοποιηθούν επίσης. Αυτά τα μείγματα αερίων, μαζί με διάφορα σχήματα του γυαλιού και ολοκληρωμένων κυκλωμάτων με γνώμονα τα ηλεκτρονικά, δημιουργούν τα ζωηρά χρώματα, το εύρος των κινήσεων και τα πολύπλοκα μοτίβα που εμφανίζονται σε σφαίρες πλάσματος σήμερα.

Εφαρμογές

Λαμπτήρες πλάσματος χρησιμοποιούνται κυρίως ως περίεργα παιχνίδια για τα μοναδικά εφέ φωτισμού τους και τα «κόλπα» που μπορούν να εκτελεστούν σε αυτούς από τους χρήστες κουνώντας τα χέρια τους γύρω τους. Θα μπορούσαν επίσης να αποτελούν μέρος του εργαστηριακού εξοπλισμού ενός σχολείου για λόγους επίδειξης. Δεν χρησιμοποιούνται συνήθως για γενικό φωτισμό. Ωστόσο τα τελευταία χρόνια, ορισμένα καινοτόμα καταστήματα έχουν αρχίσει να πωλούν μια λάμπα νυκτός πλάσματος που μπορεί να χωρέσει σε μια τυπική πρίζα.

Κίνδυνοι

Φέρνοντας αγώγιμα υλικά ή ηλεκτρονικές συσκευές κοντά σε μια σφαίρα πλάσματος μπορεί να υπερθερμανθεί το γυαλί. Η ενέργεια ραδιοσυχνότητας υψηλής τάσης συνδέεται με τους μέσα από τον κόσμο μπορεί να προκαλέσει ήπιο ηλεκτρικό σοκ, ακόμη και μέσω ενός προστατευτικό πλαστικό περίβλημα. Το πεδίο ραδιοσυχνοτήτων που παράγεται από λαμπτήρες πλάσματος μπορεί να επηρεάσει τη λειτουργία του touchpads που χρησιμοποιείται σε φορητούς υπολογιστές, συσκευές αναπαραγωγής ψηφιακού ήχου, κινητά τηλέφωνα, καθώς και άλλες παρόμοιες συσκευές. Ορισμένοι τύποι μπορεί να εκπέμπουν επαρκείς παρεμβολές ραδιοσυχνοτήτων(RFI), ώστε να παρεμβαίνουν σε ασύρματα τηλέφωνα και συσκευές Wi-Fi αρκετά μέτρα μακριά.

Εάν ένα αλουμινόχαρτο τοποθετείται στη σφαίρα, η χωρητική σύζευξη μπορεί να μεταφέρει αρκετό ρεύμα μέσα από το φύλλο για να δώσει ένα μικρό κεραυνό καίγοντας η ανάβοντας μια μικρή λάμπα που συνδέεται με τη γείωση. Αυτό είναι δυνατό επειδή το γυαλί της σφαίρας δρα ως διηλεκτρικός πυκνωτής: το εσωτερικό του λαμπτήρα δρα ως μία πλάκα, και κάθε αγώγιμο αντικείμενο στις εξωτερικές δρα ως την άλλη πλάκα του πυκνωτή. Αυτό είναι επικίνδυνο να το κάνουμε, μπορεί να προκαλέσει καταστροφές, και παρουσιάζει κίνδυνο πυρκαγιάς.