Плазменный глобус
 | Эта статья нуждается в дополнительных ссылок для проверки . ( январь 2016 г. ) |
Плазменный шар , плазменный шар или плазменная лампа представляет собой контейнер из прозрачного стекла, наполненный благородными газами , обычно смесью неона , криптона и ксенона , с высоковольтным электродом в центре контейнера. При подаче напряжения плазма внутри контейнера образуется . 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 популярны как новинка в 1980-х годах. [1]
Плазменная лампа была изобретена Николой Теслой высокой частоты во время его экспериментов с токами в вакуумированной стеклянной трубке с целью изучения явлений высокого напряжения . [2] Тесла назвал свое изобретение « инертного газа разрядной трубкой ». [3] Современный дизайн плазменной лампы был разработан Джеймсом Фальком и студентом Массачусетского технологического института Биллом Паркером . [1] [4]
Кракле -трубка – это родственное устройство, наполненное шариками с люминофорным покрытием.
Строительство [ править ]
Хотя существует множество вариаций, плазменный шар обычно представляет собой прозрачную стеклянную сферу, наполненную смесью различных газов (чаще всего неона , иногда с другими благородными газами, такими как аргон , ксенон и криптон ) при почти атмосферном давлении.
Плазменные шары приводятся в движение высокочастотным (около 35 кГц ) переменным током напряжением 2–5 кВ . [1] Схема управления по существу представляет собой специализированный силовой инвертор , в котором ток от источника постоянного тока с более низким напряжением питает высокочастотную схему электронного генератора , выходной сигнал которого повышается с помощью высокочастотного высоковольтного трансформатора , например миниатюрной катушки Теслы. или обратноходовой трансформатор . Радиочастотная энергия трансформатора передается в газ внутри шара через электрод в его центре. Кроме того, в некоторых конструкциях 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 электродом, если он заполнен металлической ватой или проводящей жидкостью, которая сообщается с выходом трансформатора. В этом случае радиочастотная энергия попадает в большее пространство за счет емкостной связи прямо через стекло. Плазменные нити простираются от внутреннего электрода к внешнему стеклянному изолятору, создавая вид движущихся усиков цветного света внутри объема шара (см. коронный разряд и электрический тлеющий разряд ). Если поднести руку близко к мячу, появится слабый запах озона , поскольку газ образуется в результате взаимодействия высокого напряжения с атмосферным кислородом.
Некоторые шары имеют ручку управления, которая регулирует количество энергии, поступающей на центральный электрод. При самой низкой настройке, при которой мяч зажигается или «ударяется» по нему, получается один усик. Плазменный канал этого единственного усика занимает достаточно места, чтобы передать эту самую низкую ударную энергию во внешний мир через стекло шара. По мере увеличения мощности емкость этого единственного канала переполняется и образуется второй канал, затем третий и так далее. Каждый из усиков также конкурирует за место на внутренней сфере. Энергии, проходящие через них, имеют одну и ту же полярность, поэтому они отталкивают друг друга, как заряды: тонкая темная граница окружает каждый след на внутреннем электроде.
Мяч готовится путем откачивания максимально возможного количества воздуха. Затем шар наполняют неоном до давления, примерно равного одной атмосфере. Если включить радиочастотное питание, если по мячу «ударить» или «зажечь», теперь весь шар будет светиться рассеянным красным светом. Если добавить немного аргона, образуются нити. Если добавить очень небольшое количество ксенона, на концах нитей распустятся «цветы». [ нужна цитата ]
Неон, доступный для покупки в магазине неоновых вывесок, часто поставляется в стеклянных колбах под давлением частичного вакуума. Их нельзя использовать для наполнения шара полезной смесью. Требуются баллоны с газом, каждый со своим конкретным регулятором давления и фитингом: по одному для каждого из задействованных газов.
Из других благородных газов радон является радиоактивным , гелий сравнительно быстро улетучивается через стекло, а криптон стоит дорого. и другие газы, например пары ртути Могут быть использованы . Молекулярные газы могут диссоциировать плазмой.
Взаимодействие [ править ]
Прикосновение кончика пальца к стеклу создает привлекательное место для потока энергии, поскольку проводящее человеческое тело (имеющее внутреннее сопротивление менее 1000 Ом) [5] легче поляризуется, чем диэлектрический материал вокруг электрода (т.е. газ внутри шара), обеспечивая альтернативный путь разряда с меньшим сопротивлением. Следовательно, способность большого проводящего тела воспринимать радиочастотную энергию больше, чем у окружающего воздуха. Энергия, доступная нитям плазмы внутри шара, будет преимущественно течь к лучшему акцептору. Этот поток также приводит к тому, что отдельная нить от внутреннего шара до точки контакта становится ярче и тоньше. [1] Нить накала ярче, потому что через нее в тело человека, емкость которого составляет около 100 пФ, протекает больший ток. [6] Нить тоньше, потому что магнитные поля вокруг нее, усиленные теперь более высоким током, протекающим через нее, вызывают магнитогидродинамический эффект , называемый пинч : собственные магнитные поля плазменного канала создают силу, сжимающую размер самого плазменного канала.
Большая часть движения нитей происходит из-за нагрева газа вокруг нити. Когда газ вдоль нити нагревается, он становится более плавучим и поднимается, увлекая за собой нить. Если нить разряжается в неподвижный объект (например, руку) сбоку от шара, она начнет деформироваться, образуя изогнутую дорожку между центральным электродом и объектом. Когда расстояние между электродом и объектом становится слишком большим, чтобы его можно было поддерживать, нить разорвется, и между электродом и рукой образуется новая нить (см. также « Лестницу Иакова» , которая демонстрирует аналогичное поведение).
Электрический ток создается внутри любого проводящего объекта рядом с шаром. Стекло действует как диэлектрик в конденсаторе , образующемся между ионизированным газом и рукой.
История [ править ]
В патенте США 0,514,170 («Электрический свет накаливания», 6 февраля 1894 г.) Никола Тесла описывает плазменную лампу. Этот патент относится к одной из первых газоразрядных ламп высокой интенсивности. Тесла использовал шар лампы накаливания с одним внутренним проводящим элементом и возбуждал этот элемент токами высокого напряжения от катушки Теслы , создавая таким образом эманацию щеточного разряда. Он получил патентную защиту на особую форму лампы, в которой небольшой светоизлучающий корпус или кнопка из огнеупорного материала поддерживается проводником, входящим в очень сильно истощенный шар или приемник. Тесла назвал это изобретение лампой с одним наконечником, или, позже, «разрядной трубкой инертного газа». [3]
Плазменный шар в стиле Groundstar был создан Джеймсом Фальком и продан коллекционерам и научным музеям в 1970-х и 1980-х годах. [1] Джерри Пурнель в 1984 году похвалил Omnisphere компании Orb Corporation как «самый сказочный объект во всем мире» и «великолепный… новый вид объекта искусства», заявив, что «вы не можете купить мой ни за какую цену». [7]
Технология, необходимая для создания газовых смесей, используемых в сегодняшних плазменных сферах, была недоступна Тесле. [ нужна цитата ] В современных лампах обычно используются комбинации ксенона , криптона и неона , хотя можно использовать и другие газы. [1] [3] Эти газовые смеси, а также различные формы стекла и электроника на интегральных схемах создают яркие цвета, диапазон движений и сложные узоры, наблюдаемые в современных плазменных сферах.
Приложения [ править ]
Плазменные шары в основном используются в качестве диковинок или игрушек из-за их уникальных световых эффектов и «трюков», которые пользователи могут выполнять с ними, проводя вокруг них руками. Они также могут стать 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 ночники , которые можно установить на стандартную розетку. [8] [9]
Плазменные шары можно использовать для экспериментов с высокими напряжениями . Если на шар поместить проводящую пластину или проволочную катушку, емкостная связь может передать достаточное напряжение на пластину или катушку, чтобы создать небольшую дугу или подать питание на высоковольтную нагрузку . Это возможно, потому что плазма внутри шара и проводник снаружи действуют как пластины конденсатора, а стекло между ними — как диэлектрик. Понижающий трансформатор, подключенный между пластиной и шаровым электродом, может генерировать радиочастотный выходной сигнал с более низким напряжением и большим током. Тщательное заземление необходимо для предотвращения травм или повреждения оборудования.
Опасности [ править ]
Поднесение проводящих материалов или электронных устройств близко к плазменному шару может привести к нагреву стекла. Высоковольтная радиочастотная энергия, передаваемая им изнутри шара, может вызвать легкий удар электрическим током у человека, прикасающегося к мячу, даже через защитный стеклянный кожух. Радиочастотное поле , создаваемое плазменными шарами, может мешать работе сенсорных панелей портативных компьютеров , цифровых аудиоплееров , сотовых телефонов и других подобных устройств. [1] Некоторые типы плазменных шаров могут излучать радиочастотные помехи (RFI), достаточные для того, чтобы создавать помехи для беспроводных телефонов и устройств Wi-Fi на расстоянии нескольких футов или нескольких метров.
Если электрический проводник касается внешней части шара, емкостная связь может создать на нем достаточный потенциал для образования небольшой дуги . Это возможно, поскольку стекло шара действует как диэлектрик конденсатора : внутренняя часть лампы действует как одна пластина, а проводящий объект снаружи действует как противоположная пластина конденсатора. [3] Это опасное действие, которое может привести к повреждению мяча или других электронных устройств и может привести к возгоранию. [1]
ощутимое количество озона На поверхности плазменного шара может образовываться . Многие люди могут обнаружить озон при концентрации 0,01–0,1 ppm , что ниже самой низкой концентрации, при которой озон считается вредным для здоровья. Воздействие от 0,1 до 1 ppm вызывает головные боли, жжение в глазах и раздражение дыхательных путей.
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ Перейти обратно: а б с д Это ж г час Гаш, Габриэль (31 января 2008 г.). «Как работают плазменные лампы?» . Софтпедия . Архивировано из оригинала 10 февраля 2009 года . Проверено 16 ноября 2009 г.
- ^ Тесла, Никола (1892). «Опыты с переменными токами высокого потенциала и высокой частоты» . ПБС . Архивировано из оригинала 2 марта 2010 года . Проверено 26 июля 2010 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д Баррос, Сэм (2002). «Страница плазменных глобусов PowerLabs» . Архивировано из оригинала 3 декабря 2009 года . Проверено 16 ноября 2009 г.
- ^ Кен Шульман (24 октября 2023 г.). «Новости MIT: Профиль выпускника - Делаем невидимое видимым - Билл Паркер '74, SM '93» .
- ^ Фиш, Раймонд М.; Геддес, Лесли А. (12 октября 2009 г.). «Проведение электрического тока в тело человека и через него: обзор» . Эпластика . 9 : е44. ПМЦ 2763825 . ПМИД 19907637 .
- ^ Чемберлин, Кент; Смит, Уэйн; Чиргвин, Кристофер; Аппасани, Сешанк; Риу, Поль (декабрь 2014 г.). «Анализ обмена зарядами между телом человека и землей: оценка «заземления» с электрической точки зрения» . Журнал хиропрактики медицины . 13 (4): 239–246. дои : 10.1016/j.jcm.2014.10.001 . ПМЦ 4241473 . ПМИД 25435837 .
- ^ Пурнель, Джерри (апрель 1984 г.). «Самый сказочный объект во всем мире» . БАЙТ . п. 57. Архивировано из оригинала 25 марта 2016 года . Проверено 2 марта 2016 г.
- ^ Ночник с плазменным шаром вызывает у нас ностальгию по ночному недержанию мочи. Архивировано 8 сентября 2017 г. на Wayback Machine , gizmodo.com, 27 ноября 2007 г.
- ^ Плазменный ночник. Архивировано 1 декабря 2010 г. на Wayback Machine , 4physical.com, 17 февраля 2010 г.
