Plasmakugel – Wikipedia

Eine Plasmakugel mit Filamenten, die sich zwischen der inneren und der äußeren Kugel erstrecken

EIN Plasmakugel oder Plasma-Lampe (auch genannt Plasmakugel, Kuppel, Kugel, Tube oder Kugel, je nach Form) ist ein Klarglasbehälter / eine Kugel, die mit einer Mischung verschiedener Edelgase mit einer Hochspannungselektrode in der Mitte des Behälters gefüllt ist.

Wenn Spannung angelegt wird, bildet sich im Behälter ein Plasma. Plasmafilamente erstrecken sich von der inneren Elektrode zum äußeren Glasisolator und lassen mehrere konstante Farblichtstrahlen erscheinen (siehe Koronaentladung und elektrische Glimmentladung). Plasmakugeln waren in den 1980er Jahren als Neuheiten am beliebtesten.^[1]

Die Plasma-Lampe wurde von Nikola Tesla während seines Experiments mit Hochfrequenzströmen in einer evakuierten Glasröhre erfunden, um Hochspannungsphänomene zu untersuchen.^[2] Tesla nannte seine Erfindung eine “Inertgasentladungsröhre”.^[3] Das moderne Plasma-Lampendesign wurde anschließend von Bill Parker, einem Studenten am MIT, entwickelt.^[1]

Beschreibung[edit]

Die Wirkung eines leitenden Objekts (einer Hand), das die Plasmakugel berührt

Obwohl es viele Variationen gibt, ist eine Plasma-Lampe normalerweise eine klare Glaskugel, die mit einem Gemisch verschiedener Gase (am häufigsten Neon, manchmal mit anderen Edelgasen wie Argon, Xenon und Krypton) bei nahezu atmosphärischem Druck gefüllt ist. Ein Knisternrohr ist eine verwandte Vorrichtung, die mit phosphorbeschichteten Perlen gefüllt ist. Plasma-Lampen werden mit Hochfrequenz betrieben (ungefähr 35 kHz) Wechselstrom bei 2–5 kV.^[1] Die Ansteuerschaltung ist im Wesentlichen ein spezialisierter Wechselrichter, bei dem Strom von einer Gleichspannungsversorgung mit niedrigerer Spannung eine elektronische Hochfrequenzoszillatorschaltung mit Strom versorgt, deren Ausgang durch einen Hochfrequenz-Hochspannungstransformator verstärkt wird. Die Hochfrequenzenergie des Transformators wird über eine Elektrode in der Mitte in das Gas innerhalb des Globus übertragen. Zusätzlich verwenden einige Konstruktionen den Globus als Resonanzhohlraum, der dem Ansteuertransistor über den Transformator eine positive Rückkopplung liefert. Eine viel kleinere hohle Glaskugel kann auch als Elektrode dienen, wenn sie mit Metallwolle oder einer leitenden Flüssigkeit gefüllt ist, die mit dem Transformatorausgang in Verbindung steht. In diesem Fall wird die Hochfrequenzenergie durch kapazitive Kopplung direkt durch das Glas in den größeren Raum eingelassen. Plasmafilamente erstrecken sich von der inneren Elektrode zum äußeren Glasisolator und lassen bewegliche Lichtranken innerhalb des Globusvolumens erscheinen (siehe Koronaentladung und elektrische Glimmentladung). Wenn eine Hand nahe am Globus platziert wird, riecht es schwach nach Ozon, da das Gas durch Hochspannungswechselwirkung mit Luftsauerstoff erzeugt wird.

Einige Globen haben einen Steuerknopf, der die Leistung der Mittelelektrode variiert. Bei der niedrigsten Einstellung, die den Globus beleuchtet oder “trifft”, wird eine einzelne Ranke hergestellt. Der Plasmakanal dieser einzelnen Ranke nimmt genügend Platz ein, um diese niedrigste Schlagenergie durch das Glas des Globus nach außen zu übertragen. Wenn die Leistung erhöht wird, ist die Kapazität dieses einzelnen Kanals überfordert und es bildet sich ein zweiter Kanal, dann ein dritter und so weiter. Die Ranken konkurrieren jeweils auch um einen Fußabdruck auf der inneren Kugel. Die durch diese fließenden Energien haben alle die gleiche Polarität, so dass sie sich wie Ladungen abstoßen: Eine dünne dunkle Grenze umgibt jeden Fußabdruck auf der inneren Elektrode.

Das Platzieren einer Fingerspitze auf dem Glas schafft einen attraktiven Punkt für den Energiefluss, da der leitende menschliche Körper (mit einem nicht ohmschen Widerstand von etwa 1000 Ohm bei Raumtemperatur) leichter polarisiert wird als das dielektrische Material um die Elektrode (dh das Gas innerhalb des Globus), wodurch ein alternativer Entladungsweg mit geringerem Widerstand bereitgestellt wird. Daher ist die Fähigkeit des großen leitenden Körpers, Hochfrequenzenergie aufzunehmen, größer als die der Umgebungsluft. Die Energie, die den Plasmafilamenten innerhalb des Globus zur Verfügung steht, fließt bevorzugt in Richtung des besseren Akzeptors. Dieser Fluss bewirkt auch, dass ein einzelnes Filament von der inneren Kugel bis zum Kontaktpunkt heller und dünner wird.^[1] Das Filament ist heller, weil mehr Strom durch es fließt und in die Kapazität oder Kapazität von 150 pF fließt, die von einem Objekt, einem leitenden Körper von der Größe eines Menschen präsentiert wird. Das Filament ist dünner, weil die Magnetfelder um es herum, verstärkt durch den jetzt höheren Strom, der durch es fließt, einen magnetohydrodynamischen Effekt verursachen, der als Selbstfokussierung bezeichnet wird: Die eigenen Magnetfelder des Plasmakanals erzeugen eine Kraft, die die Größe des Plasmakanals selbst komprimiert .

Ein Großteil der Bewegung der Filamente ist auf die Erwärmung des Gases um das Filament zurückzuführen. Wenn Gas entlang des Filaments erhitzt wird, wird es schwimmfähiger und steigt auf, wobei das Filament mitgeführt wird. Wenn sich das Filament in ein festes Objekt (wie eine Hand) auf der Seite des Globus entlädt, beginnt es sich in einen gekrümmten Pfad zwischen der Zentralelektrode und dem Objekt zu verformen. Wenn der Abstand zwischen der Elektrode und dem Objekt zu groß wird, um ihn aufrechtzuerhalten, bricht das Filament und ein neues Filament bildet sich zwischen der Elektrode und der Hand neu (siehe auch Jakobs Leiter, die ein ähnliches Verhalten zeigt).

In jedem leitenden Objekt in der Nähe der Kugel wird elektrischer Strom erzeugt. Das Glas wirkt als Dielektrikum in einem Kondensator, der zwischen dem ionisierten Gas und der Hand ausgebildet ist.

Der Globus wird vorbereitet, indem so viel Luft wie möglich abgepumpt wird. Der Globus wird dann mit Neon unter einem Druck gefüllt, der einer Atmosphäre ähnlich ist. Wenn die Hochfrequenzstromversorgung eingeschaltet ist, wenn der Globus “getroffen” oder “beleuchtet” ist, leuchtet der gesamte Globus jetzt diffus rot. Wenn ein wenig Argon hinzugefügt wird, bilden sich die Filamente. Wenn eine sehr kleine Menge Xenon hinzugefügt wird, blühen die “Blüten” an den Enden der Filamente.^{[citation needed]}

Das für einen Leuchtreklamenladen erhältliche Neon wird häufig in Glaskolben unter dem Druck eines Teilvakuums geliefert. Diese können nicht verwendet werden, um einen Globus mit einer nützlichen Mischung zu füllen. Es sind Gastanks mit jeweils einem spezifischen, ordnungsgemäßen Druckregler und Anschluss erforderlich: einer für jedes der beteiligten Gase.

Von den anderen Edelgasen ist Radon radioaktiv, Helium entweicht relativ schnell durch das Glas und Krypton ist ziemlich teuer. Andere Gase können verwendet werden, wie beispielsweise Quecksilberdampf. Molekulare Gase können durch das Plasma dissoziiert werden.

Geschichte[edit]

Im US-Patent 0,514,170 (“Incandescent Electric Light”, 6. Februar 1894) beschreibt Nikola Tesla eine Plasma-Lampe. Dieses Patent gilt für eine der ersten Entladungslampen mit hoher Intensität. Tesla verwendete eine Glühlampe vom Glühlampentyp mit einem einzigen internen leitenden Element und erregte das Element mit Hochspannungsströmen von einer Tesla-Spule, wodurch die Ausstrahlung der Bürstenentladung erzeugt wurde. Er erhielt Patentschutz für eine bestimmte Form der Lampe, bei der ein lichtspendender kleiner Körper oder Knopf aus feuerfestem Material von einem Leiter getragen wird, der in einen sehr stark erschöpften Globus oder Empfänger eintritt. Tesla nannte diese Erfindung die Single-Terminal-Lampe oder später die “Inertgas-Entladungsröhre”.^[3]

Der Groundstar-Stil der Plasmakugel wurde von James Falk kreiert und in den 1970er und 1980er Jahren an Sammler und Wissenschaftsmuseen vermarktet.^{[citation needed]}Jerry Pournelle lobte 1984 die Omnisphere der Orb Corporation als “das fabelhafteste Objekt der Welt” und “großartig … eine neue Art von Kunstobjekt” und erklärte, “Sie können meine nicht um jeden Preis kaufen”.^[4]

Die Technologie zur Formulierung von Gasgemischen, die in heutigen Plasmakugeln verwendet werden, stand Tesla nicht zur Verfügung.^{[citation needed]} Moderne Lampen verwenden typischerweise Kombinationen von Xenon, Krypton und Neon, obwohl auch andere Gase verwendet werden können.^[1][3] Diese Gasgemische erzeugen zusammen mit verschiedenen Glasformen und elektronisch gesteuerter Elektronik die lebendigen Farben, Bewegungsbereiche und komplexen Muster, die in den heutigen Plasmakugeln zu sehen sind.

Anwendungen[edit]

Plasmakugeln werden hauptsächlich als Kuriositäten oder Spielzeug für ihre einzigartigen Lichteffekte und die “Tricks” verwendet, die Benutzer ausführen können, wenn sie ihre Hände um sie herum bewegen. Sie können auch zu Demonstrationszwecken Teil der Laborausstattung einer Schule sein. Sie werden normalerweise nicht für die Allgemeinbeleuchtung eingesetzt. Seit einigen Jahren verkaufen einige Neuheitengeschäfte jedoch ein Miniatur-Plasma-Lampen-Nachtlicht, das an einer Standard-Lampenfassung montiert werden kann.^[5][6]

Plasmakugeln können zum Experimentieren mit hohen Spannungen verwendet werden. Wenn eine leitende Platte oder Drahtspule auf dem Globus platziert ist, kann die kapazitive Kopplung genügend Spannung an die Platte oder Spule übertragen, um einen kleinen Lichtbogen zu erzeugen oder eine Hochspannungslast zu aktivieren. Dies ist möglich, weil das Plasma innerhalb des Globus und der Leiter außerhalb als Globus als Platten eines Kondensators wirken, wobei das Glas dazwischen als Dielektrikum dient. Ein Abwärtstransformator, der zwischen der Platte und der Elektrode des Globus angeschlossen ist, kann einen Hochfrequenzausgang mit niedrigerer Spannung und höherem Strom erzeugen. Eine sorgfältige Erdung ist wichtig, um Verletzungen oder Schäden an den Geräten zu vermeiden.

Gefahren[edit]

Wenn Sie leitfähige Materialien oder elektronische Geräte in die Nähe einer Plasmakugel bringen, kann das Glas heiß werden. Die aus dem Globus an sie gekoppelte Hochspannungs-Hochfrequenzenergie kann einen leichten Stromschlag für die berührende Person verursachen, selbst durch ein Schutzglasgehäuse. Das von Plasma-Lampen erzeugte Hochfrequenzfeld kann den Betrieb von Touchpads stören, die auf Laptops, digitalen Audioplayern, Mobiltelefonen und anderen ähnlichen Geräten verwendet werden.^[1] Einige Arten von Plasmakugeln können ausreichend Hochfrequenzstörungen (RFI) ausstrahlen, um schnurlose Telefone und Wi-Fi-Geräte in einer Entfernung von mehreren Fuß oder einigen Metern zu stören.

Wenn ein elektrischer Leiter die Außenseite des Globus berührt, kann eine kapazitive Kopplung genug Potential auf ihn induzieren, um einen kleinen Lichtbogen zu erzeugen. Dies ist möglich, weil das Glas des Globus als Kondensatordielektrikum wirkt: Das Innere der Lampe wirkt als eine Platte, und das leitende Objekt an der Außenseite wirkt als gegenüberliegende Kondensatorplatte.^[3] Dies ist eine gefährliche Handlung, die den Globus oder andere elektronische Geräte beschädigen kann und eine Brandgefahr darstellt.^[1]

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]