Globo de plasma - Plasma globe

Um globo de plasma com filamentos que se estendem entre as esferas interna e externa

Um globo de plasma ou lâmpada de plasma (também chamado de esfera de plasma , cúpula , esfera , tubo ou orbe , dependendo da forma) é um recipiente / esfera de vidro transparente preenchido com uma mistura de vários gases nobres com um eletrodo de alta voltagem no centro do recipiente.

Quando a tensão é aplicada, um plasma é formado dentro do recipiente. Os filamentos de plasma se estendem do eletrodo interno para o isolador de vidro externo, dando a aparência de vários feixes constantes de luz colorida (consulte a descarga corona e a descarga luminosa elétrica ). Os globos de plasma eram mais populares como itens de novidade na década de 1980.

A lâmpada de plasma foi inventada por Nikola Tesla , durante sua experimentação com correntes de alta frequência em um tubo de vidro evacuado com o objetivo de estudar fenômenos de alta tensão . Tesla chamou sua invenção de " tubo de descarga de gás inerte ". O design moderno da lâmpada de plasma foi posteriormente desenvolvido por James Falk e o aluno do MIT Bill Parker .

Descrição

O efeito de um objeto condutor (uma mão) tocando o globo de plasma

Embora existam muitas variações, uma lâmpada de plasma é geralmente uma esfera de vidro transparente preenchida com uma mistura de vários gases (mais comumente neon , às vezes com outros gases nobres como argônio , xenônio e criptônio ) quase à pressão atmosférica. Um tubo de crackle é um dispositivo relacionado preenchido com contas revestidas de fósforo. As lâmpadas de plasma são acionadas por corrente alternada de alta frequência (aproximadamente 35 kHz ) a 2–5 kV . O circuito de acionamento é essencialmente um inversor de energia especializado , no qual a corrente de uma fonte CC de baixa tensão alimenta um circuito oscilador eletrônico de alta frequência cuja saída é aumentada por um transformador de alta frequência e alta tensão . A energia de radiofrequência do transformador é transmitida ao gás dentro do globo por meio de um eletrodo em seu centro. Além disso, alguns projetos utilizam o globo como uma cavidade ressonante, que fornece feedback positivo para o transistor de acionamento através do transformador. Uma esfera de vidro oca muito menor também pode servir como um eletrodo quando é preenchida com lã de metal ou um fluido condutor que está em comunicação com a saída do transformador. Nesse caso, a energia de radiofrequência é admitida no espaço maior por acoplamento capacitivo através do vidro. Os filamentos de plasma se estendem do eletrodo interno ao isolador de vidro externo, dando a aparência de gavinhas de luz colorida em movimento dentro do volume do globo (veja descarga corona e descarga luminosa elétrica ). Se uma mão for colocada perto do globo, ela produzirá um leve cheiro de ozônio , pois o gás é produzido pela interação de alta voltagem com o oxigênio atmosférico.

Alguns globos têm um botão de controle que varia a quantidade de energia que vai para o eletrodo central. Na configuração mais baixa que acenderá ou "atingirá" o globo, uma única gavinha é feita. O canal de plasma desta única gavinha envolve espaço suficiente para transmitir essa energia de impacto mais baixa para o mundo externo através do vidro do globo. Conforme a potência é aumentada, a capacidade desse canal único é sobrecarregada e um segundo canal se forma, depois um terceiro e assim por diante. Cada gavinha também compete por uma pegada na orbe interna. As energias que fluem através deles são todas da mesma polaridade, então elas se repelem como cargas semelhantes: uma fina fronteira escura envolve cada pegada no eletrodo interno.

Colocar a ponta do dedo no vidro cria um ponto atraente para a energia fluir, porque o corpo humano condutor (com resistência não-ôhmica de cerca de 1000 ohms à temperatura ambiente) é mais facilmente polarizado do que o material dielétrico ao redor do eletrodo (ou seja, gás dentro do globo) fornecendo um caminho de descarga alternativo com menos resistência. Portanto, a capacidade do grande corpo condutor de aceitar energia de radiofrequência é maior do que a do ar circundante. A energia disponível para os filamentos de plasma dentro do globo fluirá preferencialmente em direção ao melhor aceitador. Esse fluxo também faz com que um único filamento, da esfera interna ao ponto de contato, fique mais brilhante e mais fino. O filamento é mais brilhante porque há mais corrente fluindo através dele e na capacidade de 150 pF, ou capacitância , apresentada por um objeto, um corpo condutor, do tamanho de um humano. O filamento é mais fino porque os campos magnéticos ao seu redor, aumentados pela corrente agora mais alta que flui através dele, causam um efeito magnetohidrodinâmico chamado autofocalização : os próprios campos magnéticos do canal de plasma criam uma força atuando para comprimir o tamanho do próprio canal de plasma .

Um "baile Tesla" no museu de ciências NEMO em Amsterdã

Muito do movimento dos filamentos é devido ao aquecimento do gás ao redor do filamento. Quando o gás ao longo do filamento é aquecido, ele se torna mais flutuante e sobe, carregando o filamento com ele. Se o filamento estiver descarregando em um objeto fixo (como uma mão) na lateral do globo, ele começará a se deformar em um caminho curvo entre o eletrodo central e o objeto. Quando a distância entre o eletrodo e o objeto se torna muito grande para ser mantida, o filamento se quebra e um novo filamento se forma entre o eletrodo e a mão (veja também a escada de Jacob , que exibe um comportamento semelhante).

Uma corrente elétrica é produzida dentro de qualquer objeto condutor próximo ao orbe. O vidro atua como um dielétrico em um capacitor formado entre o gás ionizado e a mão.

O globo é preparado bombeando-se tanto ar quanto possível. O globo é então preenchido com néon a uma pressão semelhante a uma atmosfera. Se a energia da radiofrequência estiver ligada, se o globo for "atingido" ou "aceso", agora, o globo inteiro brilhará em um vermelho difuso. Se um pouco de argônio for adicionado, os filamentos se formarão. Se uma pequena quantidade de xenônio for adicionada, as "flores" desabrocharão nas pontas dos filamentos.

O neon disponível para compra em uma loja de letreiros de neon geralmente vem em frascos de vidro na pressão de um vácuo parcial. Eles não podem ser usados ​​para encher um globo com uma mistura útil. São necessários tanques de gás, cada um com seu próprio regulador de pressão e encaixe específico: um para cada um dos gases envolvidos.

Dos outros gases nobres, o radônio é radioativo , o hélio escapa pelo vidro com relativa rapidez e o criptônio é bastante caro. Outros gases podem ser usados, como vapor de mercúrio . Os gases moleculares podem ser dissociados pelo plasma.

História

Vídeo do globo de plasma

Na patente US 0,514,170 ("Incandescent Electric Light", 6 de fevereiro de 1894), Nikola Tesla descreve uma lâmpada de plasma. Esta patente é para uma das primeiras lâmpadas de descarga de alta intensidade. Tesla usou um globo de lâmpada incandescente com um único elemento condutor interno e excitou o elemento com correntes de alta tensão de uma bobina de Tesla , criando assim a emanação de descarga de escova. Ele ganhou proteção de patente em uma forma particular de lâmpada em que um pequeno corpo ou botão de material refratário que fornece luz é sustentado por um condutor que entra em um globo ou receptor altamente exaurido. Tesla chamou essa invenção de lâmpada de terminal único ou, mais tarde, "Tubo de descarga de gás inerte".

O estilo Groundstar de globo de plasma foi criado por James Falk e comercializado para colecionadores e museus de ciência nas décadas de 1970 e 1980. Jerry Pournelle em 1984 elogiou a Omnisfera da Orb Corporation como "o objeto mais fabuloso do mundo inteiro" e "magnífico ... um novo tipo de objeto de arte", afirmando "você não pode comprar o meu por qualquer preço".

A tecnologia necessária para formular misturas de gases usadas nas esferas de plasma de hoje não estava disponível para Tesla. As lâmpadas modernas geralmente usam combinações de xenônio , criptônio e néon , embora outros gases também possam ser usados. Essas misturas de gases, junto com diferentes formatos de vidro e componentes eletrônicos controlados por circuitos integrados, criam as cores vivas, a gama de movimentos e os padrões complexos vistos nas esferas de plasma atuais.

Formulários

Os globos de plasma são usados ​​principalmente como curiosidades ou brinquedos para seus efeitos de iluminação únicos e os "truques" que podem ser realizados neles pelos usuários movendo as mãos ao redor deles. Eles também podem fazer parte do equipamento de laboratório de uma escola para fins de demonstração. Eles geralmente não são usados ​​para iluminação geral. No entanto, nos últimos anos, algumas lojas de novidades começaram a vender uma lâmpada noturna de plasma em miniatura que pode ser montada em uma tomada de luz padrão.

Globos de plasma podem ser usados ​​para fazer experiências com altas tensões. Se uma placa condutora ou bobina de fio for colocada no globo, o acoplamento capacitivo pode transferir tensão suficiente para a placa ou bobina para produzir um pequeno arco ou energizar uma carga de alta tensão . Isso é possível porque o plasma dentro do globo e o condutor externo atuam como placas de um capacitor, com o vidro no meio como um dielétrico. Um transformador abaixador conectado entre a placa e o eletrodo do globo pode produzir saída de freqüência de rádio de corrente mais baixa e corrente mais alta. O aterramento cuidadoso é essencial para evitar ferimentos ou danos ao equipamento.

Perigos

Aproximar materiais condutores ou dispositivos eletrônicos de um globo de plasma pode fazer com que o vidro esquente. A energia de alta voltagem de radiofrequência acoplada a eles de dentro do globo pode causar um leve choque elétrico na pessoa que o toca, mesmo através de uma caixa de vidro de proteção. O campo de radiofrequência produzido por lâmpadas de plasma pode interferir na operação de touchpads usados ​​em laptops , reprodutores de áudio digital , telefones celulares e outros dispositivos semelhantes. Alguns tipos de globos de plasma podem irradiar interferência de radiofrequência (RFI) suficiente para interferir em telefones sem fio e dispositivos Wi-Fi a vários metros ou metros de distância.

Se um condutor elétrico tocar o exterior do globo, o acoplamento capacitivo pode induzir potencial suficiente para produzir um pequeno arco . Isso é possível porque o vidro do globo atua como um capacitor dielétrico : o interior da lâmpada atua como uma placa, e o objeto condutor externo atua como a placa do capacitor oposta. Esta é uma ação perigosa que pode danificar o globo ou outros dispositivos eletrônicos e apresenta risco de ignição.

Veja também

Referências