Плазменный глобус - Plasma globe

Не путать с Плазменная лампа.
Плазменный шар с волокнами, простирающимися между внутренней и внешней сферами.

А плазменный шар или же плазменная лампа (также называемый плазменный шар, купол, сфера, трубка или же сфера, в зависимости от формы) представляет собой прозрачный стеклянный контейнер / шар, наполненный смесью различных благородные газы с высокое напряжение электрод в центре контейнера.

При подаче напряжения плазма образуется внутри контейнера. Плазменные нити простираются от внутреннего электрода к внешнему стеклянному изолятору, создавая вид множества постоянных лучей цветного света (см. коронный разряд и электрический тлеющий разряд ). Плазменные шары были наиболее популярны как новинки в 1980-е гг.[1]

В плазменная лампа был изобретен Никола Тесла, во время экспериментов с высокочастотными токи в вакуумированном стакане трубка с целью обучения высокое напряжение явления.[2] Тесла назвал свое изобретение "инертный газ разрядная трубка ".[3] Современная конструкция плазменных ламп была впоследствии разработана Билл Паркер, студентка Массачусетский технологический институт.[1]

Описание

Эффект соприкосновения проводящего объекта (руки) с плазменным шаром

Хотя существует множество вариаций, плазменная лампа обычно представляет собой шар из прозрачного стекла, заполненный смесью различных газов (чаще всего неон, иногда с другими благородные газы Такие как аргон, ксенон и криптон ) при давлении, близком к атмосферному. А треск трубки похожее устройство, наполненное шариками с люминофорным покрытием. Плазменные лампы работают от высокочастотного (примерно 35 кГц) переменный ток в 2–5 кВ.[1] Схема привода по сути является специализированной инвертор мощности, в котором ток от источника постоянного тока низкого напряжения питает высокочастотный электронный генератор цепь, выход которой усилен высокочастотным высоковольтным трансформатор. Радиочастотная энергия от трансформатора передается в газ внутри шара через электрод в его центре. Кроме того, в некоторых конструкциях земной шар используется в качестве резонансной полости, которая обеспечивает положительную обратную связь с управляющим транзистором через трансформатор. Полый стеклянный шар гораздо меньшего размера также может служить электрод когда он заполнен металлической ватой или проводящей жидкостью, которая сообщается с выходом трансформатора. В этом случае радиочастотная энергия попадает в большее пространство посредством емкостная связь прямо через стекло. Плазма нити простираются от внутреннего электрода к внешнему стеклянному изолятору, создавая вид движущихся завитков цветного света в объеме шара (см. коронный разряд и электрический тлеющий разряд ). Если поднести руку к земному шару, от нее будет исходить слабый запах озон, поскольку газ образуется при взаимодействии высокого напряжения с кислородом воздуха.

У некоторых шаров есть ручка управления, которая изменяет количество энергии, поступающей на центральный электрод. При самом низком значении, при котором земной шар освещается или «ударяется», создается единственный усик. Плазменный канал этого единственного усика занимает достаточно места для передачи этой самой низкой энергии удара во внешний мир через стекло земного шара. По мере увеличения мощности пропускная способность этого единственного канала становится недостаточной, и формируется второй канал, затем третий и так далее. Все усики также соревнуются за след на внутренней сфере. Энергии, протекающие через них, имеют одинаковую полярность, поэтому они отталкиваются друг от друга как одинаковые заряды: тонкая темная граница окружает каждый след на внутреннем электроде.

Помещение кончика пальца на стекло создает привлекательное место для потока энергии, потому что проводящее человеческое тело (имеющее неомическое сопротивление около 1000 Ом при комнатной температуре) поляризуется легче, чем диэлектрический материал вокруг электрода (то есть газ внутри шара), обеспечивая альтернативный путь разряда, имеющий меньшее сопротивление. Следовательно, способность большого проводящего тела принимать радиочастотную энергию больше, чем у окружающего воздуха. Энергия, доступная нитям плазмы внутри шара, будет предпочтительно течь к лучшему акцептору. Этот поток также заставляет одну нить от внутреннего шара до точки контакта становиться ярче и тоньше.[1] Нить накала ярче, потому что через нее проходит больший ток в емкость 150 пФ, или емкость, представленный предметом, проводящим телом размером с человека. Нить накала тоньше, потому что магнитные поля вокруг нее, усиленные теперь более сильным током, протекающим через нее, вызывают магнитогидродинамический эффект называется самофокусировка: собственные магнитные поля плазменного канала создают силу, уменьшающую размер самого плазменного канала.

«Бал Тесла» на Музей науки НЕМО в Амстердаме

По большей части движение волокон происходит из-за нагрева газа вокруг волокна. Когда газ, идущий вдоль нити, нагревается, он становится более плавучим и поднимается, унося нить с собой. Если нить накала разряжается в неподвижный объект (например, руку) на стороне земного шара, она начнет деформироваться, образуя искривленную траекторию между центральным электродом и объектом. Когда расстояние между электродом и объектом становится слишком большим, чтобы его можно было поддерживать, нить накала разорвется, и между электродом и рукой возникнет новая нить (см. Также Лестница Якоба, который демонстрирует аналогичное поведение).

Электрический ток возникает внутри любого проводящего объекта рядом с шаром. Стекло действует как диэлектрик в конденсатор образуется между ионизированным газом и рукой.

Глобус готовится путем откачки максимально возможного количества воздуха. Затем земной шар заполняется неоном до давления, равного одной атмосфере. Если включить радиочастотное питание, если земной шар "ударит" или "загорится", теперь весь земной шар будет светиться диффузным красным светом. Если добавить немного аргона, образуются нити. Если добавить очень небольшое количество ксенона, «цветы» распустятся на концах нитей.[нужна цитата ]

Неон, который можно купить в магазине неоновых вывесок, часто бывает в стеклянных колбах под давлением частичного вакуума. Их нельзя использовать для наполнения шара полезной смесью. Требуются баллоны с газом, каждый со своим специфическим, правильным регулятором давления и фитингом: по одному для каждого из газов.

Из других благородных газов, радон является радиоактивный, гелий относительно быстро ускользает через стекло, и криптон довольно дорого. Могут использоваться и другие газы, например Меркурий пар. Молекулярные газы могут диссоциировать плазмой.

История

Видео плазменного глобуса

В Патент США 0,514,170 ("Лампа накаливания", 6 февраля 1894 г.), Никола Тесла описывает плазменную лампу. Это патент на одну из первых газоразрядных ламп высокой интенсивности. Тесла использовал шар лампы накаливания с единственным внутренним проводящим элементом и возбудил этот элемент токами высокого напряжения от источника Катушка Тесла, создавая тем самым излучение кистевого разряда. Он получил патентную защиту на определенном виде лампы, в которой свет дает малое тело или кнопку из огнеупорного материала поддерживается с помощью проводника, входящего в очень высоко истощенную земной шар или приемник. Тесла назвал это изобретение лампой с одним выводом или, позднее, «газоразрядной трубкой».[3]

Стиль плазменного шара Groundstar был создан Джеймс Фальк и продавалась коллекционерам и научным музеям в 1970-х и 1980-х годах.[нужна цитата ] Джерри Пурнель В 1984 году компания Orb Corporation назвала Omnisphere «самым сказочным объектом во всем мире» и «великолепным ... новым видом арт-объекта», заявив, что «шахту нельзя купить ни за какую цену».[4]

Технология, необходимая для создания газовых смесей, используемых в сегодняшних плазменных сферах, была недоступна для Tesla.[нужна цитата ] В современных лампах обычно используются комбинации ксенон, криптон и неон, хотя можно использовать и другие газы.[1][3] Эти газовые смеси, наряду с различными формами стекла и электроникой на интегральных схемах, создают яркие цвета, диапазон движений и сложные узоры, которые можно увидеть в сегодняшних плазменных сферах.

Приложения

Плазменные шары в основном используются в качестве диковинок или игрушек из-за их уникальных световых эффектов и «трюков», которые пользователи могут выполнять с ними, перемещая вокруг них руки. Они также могут быть частью школьного лабораторного оборудования в демонстрационных целях. Обычно они не используются для общего освещения. Однако в последние годы в некоторых магазинах новинок начали продавать миниатюрные плазменные лампы. ночник который можно установить на стандартную розетку.[5][6]

Плазменные шары можно использовать для экспериментов с высокими напряжениями. Если на глобус помещается токопроводящая пластина или катушка из проволоки, емкостная связь может передавать достаточно напряжения на пластину или катушку для создания небольшого дуга или подзарядить высокое напряжение нагрузка. Это возможно, потому что плазма внутри шара и проводник за его пределами действуют как пластины конденсатора, а стекло между ними - как диэлектрик. Понижающий трансформатор, подключенный между пластиной и глобусным электродом, может выдавать более низкое напряжение и более высокий ток на выходе радиочастоты. Тщательное заземление необходимо для предотвращения травм или повреждения оборудования.

Опасности

Поднесение проводящих материалов или электронных устройств к плазменному шару может вызвать нагрев стекла. Радиочастотная энергия высокого напряжения, передаваемая с ними изнутри земного шара, может вызвать легкий электрический шок у человека, к которому прикасается, даже через защитный стеклянный корпус. В радиочастота поле, создаваемое плазменными лампами, может мешать работе сенсорных панелей, используемых на портативные компьютеры, цифровые аудиоплееры, сотовые телефоны, и другие подобные устройства.[1] Некоторые типы плазменных шаров могут излучать достаточно радиочастотные помехи (RFI), чтобы помешать беспроводные телефоны и Вай фай устройства на расстоянии нескольких футов или нескольких метров.

Если электрический провод касается внешней части земного шара, емкостная связь может вызвать на нем достаточно потенциала, чтобы произвести небольшой дуга. Это возможно, потому что стекло земного шара действует как конденсатор. диэлектрик: внутренняя часть лампы действует как одна пластина, а проводящий объект снаружи действует как противоположная пластина конденсатора.[3] Это опасное действие, которое может повредить земной шар или другие электронные устройства и представляет опасность возгорания.[1]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм Гаш, Габриэль (31 января 2008 г.). "Как работают плазменные лампы?". Софтпедия. В архиве из оригинала 10 февраля 2009 г.. Получено 16 ноября, 2009.
  2. ^ Тесла, Никола (1892). «Эксперименты с переменными токами высокого потенциала и высокой частоты». В архиве из оригинала 2 марта 2010 г.. Получено 26 июля, 2010.
  3. ^ а б c d Баррос, Сэм (2002). "Страница плазменных глобусов PowerLabs". В архиве с оригинала 3 декабря 2009 г.. Получено 16 ноября, 2009.
  4. ^ Пурнель, Джерри (апрель 1984 г.). «Самый невероятный объект во всем мире». БАЙТ. п. 57. В архиве из оригинала 25 марта 2016 г.. Получено 2 марта 2016.
  5. ^ Плазменный шар Night Light вызывает у нас ностальгию по ночному недержанию мочи В архиве 2017-09-08 в Wayback Machine, gizmodo.com, 27 ноября 2007 г.
  6. ^ Плазменный ночник В архиве 01.12.2010 в Wayback Machine, 4physics.com, 17 февраля 2010 г.