Co se v trubici vlastně děje?

„Klasické“ uspořádání experimentu pro pozorování výbojů ve zředěných plynech se skládá ze skleněné vakuově těsné trubice, do které jsou zapuštěné dvě elektrody – kladná anodu a záporná katodu. Když elektrody připojíme k elektrickému napětí, nebude se zpočátku dít nic. Vzduch je dobrý izolátor – jeden milimetr vzduchu udrží napětí řádově tisíc voltů.

IMG-2514-mar-19-2013.jpg

Z válce ale začneme vzduch postupně vyčerpávat. Elektrické napětí se stále snaží odtrhnout lehoučké elektrony z vnější slupky atomů plynu a přitáhnout je k anodě. Zbytek atomu, těžký kladný iont, si bude probojovávat svou cestu ke katodě. Při atmosférickém tlaku to nepůjde snadno. Elektrony či ionty brzy narazí na další atomy a tím jejich cesta končí. Ani se nestačily pořádně rozeběhnout a získat energii. Je to jako v americkém fotbale, kde hráče s míčem (elektrickým nábojem) brzy složí jeho protihráč. Představme si ale, že na hřiště nastoupí hráčů jenom polovina. To jo podobná situace, jako když tlak v trubici snížíme na půlku. Elektrony či ionty „doběhnou“ dále. Tím získají i větší energii. Není vyloučené, že při srážce s dosud neutrálním atomem z jeho slupky vyrazí další elektron. Atom, kterému „ulétl“ záporný elektron, se sám stává kladným iontem. Při dosažení jedné dvacetiny atmosférického tlaku se v trubici objeví načervenalý výboj, který se hadovitě vlní.

VII-2815-jun-10-2013.jpg

Překážek pro průchod elektrického proudu je stále mnoho a nabité částice si musí hledat cestu nejmenšího odporu. To nám trochu připomene blesk na obloze. I ten si hledá místa, kudy se bude moci nejsnáze vybít jeho energie. Když snížíme tlak ještě více, asi na šedesátinu atmosférického tlaku, vyplní výboj nejprve postupně celý objem trubice.

DSC-2518-jun-10-2013.jpg

Při dalším snížení tlaku už nabité částice vydrží letět beze srážky dost dlouho. Lehké elektrony za tu dobu získají velkou rychlost a ionizují zbytky plynu. Tím vzniká růžový anodový sloupec. U katody zase dochází k velkému zrychlení kladných ionty, které pak z elektrody vyrážejí nové elektrony. Tady vzniká modré katodové světlo. Na principu anodového sloupce fungují zářivky.

VII-2707-jun-10-2013.jpg

Zajímavý efekt také lze sledovat při přiložení magnetů, díky nimž můžeme plazmatický výboj „tvarovat“ – tento princip používají i vědci v tokamaku, kde je plazma natolik horké, že by jej žádný materiál nemohl udržet, a proto se izoluje uprostřed prostoru díky magnetickému poli.

IDNES2.jpg

Pokud budeme tlak snižovat dále, nezbyde v trubici už mnoho atomů plynu. Přenos elektrického proudu pak převezmou hlavně elektrony, které budou vytržené z katody. Světlené efekty budou tedy postupně slábnout. Aby mohla fungovat třeba televizní obrazovka nebo elektronka, která vytváří mikrovlny v naší troubě, nesmí elektronům stát v cestě žádný zbytek plynu.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *