Plasma kloden - Plasma globe
Et plasma globus eller plasma lampe (også kalt plasma ball , kuppel , kule , rør eller kule , avhengig av formen) er en klar glassbeholder / ball fylt med en blanding av forskjellige edelgasser med en høy-spenningselektrode i midten av container.
Når spenning påføres, dannes et plasma i beholderen. Plasmafilamenter strekker seg fra den indre elektroden til den ytre glassisolatoren, og gir utseendet til flere konstante stråler med farget lys (se koronautladning og elektrisk glødeavladning ). Plasmaklokker var mest populære som nyhetsartikler på 1980-tallet.
Den plasma-lampe ble oppfunnet av Nikola Tesla , i løpet av sin eksperimentering med høyfrekvente strømmer i en evakuert glassrøret i den hensikt å studere høyspente fenomener. Tesla kalte sin oppfinnelse en " inert gass utladningsrøret ". Den moderne plasmalampedesignen ble senere utviklet av James Falk og MIT-studenten Bill Parker .
Beskrivelse
Selv om det eksisterer mange variasjoner, er en plasmalampe vanligvis en klar glasskule fylt med en blanding av forskjellige gasser (vanligvis neon , noen ganger med andre edelgasser som argon , xenon og krypton ) ved nesten atmosfærisk trykk. Et knitrerør er en relatert enhet fylt med fosforbelagte perler. Plasmalamper drives av høyfrekvent (ca. 35 kHz ) vekselstrøm ved 2–5 kV . Drivkretsen er i hovedsak en spesialisert strøm inverter , hvor strøm fra en lavere spenning likestrømsforsyning driver en høyfrekvens- oscillator -krets hvis utgang er trappet opp ved en høy frekvens, høy spenning transformator . Radiofrekvensenergien fra transformatoren overføres til gassen i kloden gjennom en elektrode i sentrum. I tillegg bruker noen design kloden som et resonanshulrom, som gir positiv tilbakemelding til drivtransistoren gjennom transformatoren. En mye mindre hul glasskule kan også tjene som en elektrode når den er fylt med metallull eller en ledende væske som er i kommunikasjon med transformatorutgangen. I dette tilfellet blir radiofrekvensenergien tillatt i det større rommet ved kapasitiv kobling rett gjennom glasset. Plasma filamenter strekker seg fra den indre elektrode til den ytre glass isolator, gir inntrykk av å bevege fingrene med farget lys innenfor volumet av verden (se koronautladning og elektrisk glødeutladning ). Hvis en hånd plasseres nær kloden, produserer den en svak lukt av ozon , ettersom gassen produseres av høyspenningsinteraksjon med atmosfærisk oksygen.
Noen jordkloder har en kontrollknapp som varierer mengden strøm som går til senterelektroden. I den aller laveste innstillingen som vil tenne eller "slå" kloden, blir det laget en enkelt rulle. Denne enkle tendrilens plasmakanal engasjerer nok plass til å overføre denne laveste slående energi til omverdenen gjennom glasset på kloden. Etter hvert som kraften økes, blir denne kanalens kapasitet overveldet, og en annen kanal dannes, deretter en tredje, og så videre. Sperrene konkurrerer også om et fotavtrykk på den indre kulen. Energiene som strømmer gjennom disse har alle samme polaritet, slik at de avviser hverandre som ladninger: en tynn mørk grense omgir hvert fotavtrykk på den indre elektroden.
Å plassere en fingerspiss på glasset skaper et attraktivt sted for energien å strømme, fordi den ledende menneskekroppen (med ikke-ohmsk motstand på ca. 1000 ohm ved romtemperatur) blir lettere polarisert enn det dielektriske materialet rundt elektroden (dvs. gass i kloden) som gir en alternativ utslippsbane som har mindre motstand. Derfor er kapasiteten til det store ledende legemet til å akseptere radiofrekvensenergi større enn den omkringliggende luften. Energien som er tilgjengelig for filamentene i plasma i kloden vil fortrinnsvis strømme mot den bedre akseptoren. Denne strømmen fører også til at et enkelt filament, fra den indre ballen til kontaktpunktet, blir lysere og tynnere. Filamentet er lysere fordi det strømmer mer strøm gjennom det og inn i 150 pF kapasitet, eller kapasitans , presentert av et objekt, et ledende legeme, på størrelse med et menneske. Filamentet er tynnere fordi magnetfeltene rundt det, forsterket av den nå høyere strømmen som strømmer gjennom det, forårsaker en magnetohydrodynamisk effekt som kalles selvfokusering : plasmakanalens egne magnetfelt skaper en kraft som virker for å komprimere størrelsen på selve plasmakanalen .
Mye av filamentens bevegelse skyldes oppvarming av gassen rundt filamentet. Når gass langs glødetråden varmes opp, blir den mer flytende og stiger, og bærer glødetråden med seg. Hvis filamentet tømmes ut i en fast gjenstand (som en hånd) på siden av kloden, vil den begynne å deformere til en buet bane mellom den sentrale elektroden og gjenstanden. Når avstanden mellom elektroden og gjenstanden blir for stor til å opprettholde, vil filamentet bryte, og et nytt filament vil reformere seg mellom elektroden og hånden (se også Jacobs stige , som viser en lignende oppførsel).
En elektrisk strøm produseres i ethvert ledende objekt i nærheten av kulen. Glasset fungerer som et dielektrikum i en kondensator dannet mellom den ioniserte gassen og hånden.
Kloden er forberedt ved å pumpe ut så mye luft som praktisk. Kloden fylles deretter med neon til et trykk som ligner på en atmosfære. Hvis radiofrekvensstrømmen er slått på, hvis kloden "treffes" eller "tennes", vil nå hele kloden lyse diffust rødt. Hvis det tilsettes litt argon, vil filamentene dannes. Hvis det tilsettes en veldig liten mengde xenon, vil "blomstene" blomstre i endene av filamentene.
Neon som kan kjøpes for en neonskiltbutikk kommer ofte i glasskolber under trykk fra et delvis vakuum. Disse kan ikke brukes til å fylle en jordklode med en nyttig blanding. Tanker med gass, hver med sin spesifikke, riktige trykkregulator og montering, kreves: en for hver av de involverte gassene.
Av de andre edelgasser, radon er radioaktiv , helium unnslipper gjennom glasset forholdsvis hurtig, og krypton er ganske dyrt. Andre gasser kan brukes, for eksempel kvikksølvdamp . Molekylære gasser kan dissosieres av plasmaet.
Historie
I US patent 0,514,170 ("Incandescent Electric Light", 1894 6. februar) beskriver Nikola Tesla en plasmalampe. Dette patentet er for en av de første høyintensive utladningslampene. Tesla brukte en glødelampe med et enkelt indre ledende element og begeistret elementet med høyspenningsstrømmer fra en Tesla-spole , og skaper dermed penselutladningsutstrålingen. Han fikk patentbeskyttelse på en bestemt form for lampen der en lysgivende liten kropp eller knapp av ildfast materiale støttes av en leder som går inn i en veldig utmattet klode eller mottaker. Tesla kalte denne oppfinnelsen for den ene terminallampen, eller senere "Inert Gas Discharge Tube".
Groundstar-stilen til plasma-kloden ble opprettet av James Falk og markedsført til samlere og vitenskapsmuseer på 1970- og 1980-tallet. Jerry Pournelle roste i 1984 Orb Corporation's Omnisphere som "den mest fantastiske gjenstanden i hele verden" og "storslått ... en ny type kunstgjenstand", og sa "du kan ikke kjøpe min til noen pris".
Teknologien som trengs for å formulere gassblandinger som brukes i dagens plasmakuler, var ikke tilgjengelig for Tesla. Moderne lamper bruker vanligvis kombinasjoner av xenon , krypton og neon , selv om andre gasser også kan brukes. Disse gassblandingene, sammen med forskjellige glassformer og integrert kretsdrevet elektronikk, skaper de livlige fargene, bevegelsesområdet og komplekse mønstre sett i dagens plasmasfærer.
applikasjoner
Plasmakugler brukes hovedsakelig som kuriositeter eller leker for deres unike lyseffekter og "triks" som kan utføres på dem av brukere som beveger hendene rundt dem. De kan også være en del av skolens laboratorieutstyr for demonstrasjonsformål. De brukes vanligvis ikke til generell belysning. Men som i de siste årene, har noen nyhet butikker begynt å selge en miniatyr plasma lampe nattlys som kan monteres på en standard lys socket.
Plasmakugler kan brukes til å eksperimentere med høye spenninger. Hvis en ledende plate eller trådspole er plassert på kloden, kapasitive koplingen kan overføre nok spenning til platen eller spole for å frembringe en liten bue eller energisere en høy spenning belastning . Dette er mulig fordi plasmaet inne i kloden og lederen utenfor det fungerer som plater på en kondensator, med glasset i mellom som et dielektrikum. En nedtrappingstransformator koblet mellom platen og klodens elektrode kan produsere radiofrekvensutgang med lavere spenning og høyere strøm. Forsiktig jording er viktig for å forhindre personskade eller skade på utstyret.
Farer
Hvis du fører ledende materialer eller elektroniske apparater nær en plasmaklokke, kan glasset bli varmt. Høyspennings radiofrekvensenergi koblet til dem fra hele verden kan forårsake et mildt elektrisk støt for personen som berører, selv gjennom et beskyttende glasshus. Den radiofrekvens feltet produsert av plasma lamper kan forstyrre driften av touch-pads brukes på bærbare datamaskiner , digitale musikkspillere , mobiltelefoner og andre lignende enheter. Noen typer plasmakugler kan utstråle tilstrekkelig radiofrekvensinterferens (RFI) til å forstyrre trådløse telefoner og Wi-Fi- enheter flere meter eller noen meter unna.
Hvis en elektrisk leder berører utsiden av kloden, kan kapasitiv kobling indusere nok potensial på den til å produsere en liten lysbue . Dette er mulig fordi klodens glass fungerer som en kondensator dielektrikum : innsiden av lampen fungerer som en plate, og den ledende gjenstanden på utsiden fungerer som den motsatte kondensatorplaten. Dette er en farlig handling som kan skade kloden eller andre elektroniske enheter, og utgjør en fare for branntenning.