Wyładowanie elektryczne w gazie.

Prąd elektryczny przewodzą ciała stałe, ciecze ale również gazy. Dobrym przykładem jest zwykły piorun - potężne wyładowanie elektryczne w gazie, powietrzu.

      Przewodzenie elektryczne gazu w przeciwieństwie do metalu może odbywać się na kilka sposobów i jest przy tym bardziej efektowne, co udowodnię w prostym eksperymencie. Ale od początku, pierwszym sposobem przewodzenia jest przewodnictwo elektronowe, które zachodzi w próżni i gazach o bardzo małych ciśnieniach, przy niewielkich różnicach napięć. Przewodnictwo jonowe, które można wywołać w gazie przez wytworzenie jonów przy pomocy różnych metod np. wysokiej temperatury. Trzeci sposób to przewodzenie samoistne, które zachodzi w gazach przez samoistne podtrzymanie procesu tworzenia jonów w wyniku zderzeń cząstek przyśpieszanych polem elektrycznym.

      W naszym eksperymencie zajmiemy się przewodnictwem elektronowym i jonowym. Zdjęcie powyżej przedstawia kolbę ssawkową, która posłuży nam jako komora próżniowa w której rozrzedzimy gaz. Jedną elektrodą będzie aluminiowa folia na zewnątrz kolby, a drugą metalowy pręt w środku. Obie elektrody: katodę i anodę połączę ze źródłem wysokiego napięcia.

       Po włączeniu zasilania w pobliżu katody wykonanej z metalu pojawia się chmura elektronów, wyciąganych przez powstałe zewnętrzne pole elektryczne. Poruszają się one w kierunku ujemnej anody. Jeżeli zamiast próżni, tak jak w naszym przypadku będzie rozrzedzony gaz, to rozpędzone elektrony zjonizują jego atomy, wybijając z nich dodatkowe elektrony. Powstaje jednocześnie mieszanina jonów dodatnich (wzbudzonych atomów) oraz elektronów tzw. Plazma.
      Powstanie plazmy poznamy bardzo łatwo - emituje ona światło, innymi słowy gaz w kolbie zacznie się jarzyć.

       Dlaczego gaz emituje światło ? Zjonizowane atomy nie żyją zbyt długo, po czasie ok 10^-8 sek. wracają do swojego stanu podstawowego, ale nie mogą zrobić tego tak po prostu. Muszą oddać energię, którą pochłonęły w procesie jonizacji. Oddają ją emitując kwant światła I właśnie oddawana energia pochodząca od rekombinujących jonów jest źródłem "jarzenia" się gazu.

      Zjawisko to powszechnie wykorzystywane jest we wszystkich lampach wyładowczych, w których gazy szlachetne lub pary rtęci emitują światło. Często stosuje się właśnie pary rtęci, które emitują światło niewidzialne UV a dopiero ono pobudza do świecenia luminofor, którym pokryta jest rura wyładowcza.

       Niestety nie mam jeszcze komory, w której mogłem umieścić obie elektrody i wykonać eksperyment prawidłowo. Na pokazanym zdjęciu jedna z elektrod znajduje się na zewnątrz komory a układ zasilany jest napięciem przemiennym. W takim układzie nie jest możliwe zaobserwowanie jeszcze kilku innych efektownych zjawisk. Napiszę o nich gdy będę już miał odpowiedni sprzęt i słowa poprę zdjęciami.

      Zdjęcie w nocy, jak widać na zdjęciu część prądu zamiast do spodniej elektrody płynie wężem do pompy próżniowej.

      Zmiana ciśnienia gazu w komorze powoduję zmianę charakteru wyładowań. Niestety nie potrafię powiedzieć jakie ciśnienie jest w kolbie, ale na powyższym zdjęciu ustawiłem je tak, że wyładowanie przybiera charakter łukowego.

      Przy innej wartości ciśnienia pojedyńczy łuk rozbił się na kilka mniejszych. Takie wyładowania z elektrodami zasilanymi prądem przemiennym stosuje się w tzw. kulach plazmowych.

      Aktualnie jestem na etapie projektowania uniwersalnej, dużej komory próżniowej. Wykonana będzie z grubościennej rury z plexy. Z obu stron zamykać ją będą płyty z aluminium, w których jednocześnie będę montował wszystkie zawory, przelotki elektryczne, czujniki itd. Niestety, na razie środków finansowych brak.
      Gdy komora będzie gotowa dokładnie opiszę zagadnienia związane z wyładowaniami w gazach, plazmie itp. Powyższy materiał należy traktować jako zapowiedź.