Descărcare strălucitoare

Descărcarea de lumină sau luminescența de descărcare (descărcarea de strălucire în engleză ) sau descărcarea Townsend autosustenabilă este un tip de plasmă format dintr-o diferență de potențial de 100 V până la câțiva KV într-un gaz la presiune scăzută. Este utilizat în lămpi fluorescente , cum ar fi lămpile cu neon și în ecranele de televiziune cu plasmă .

Este, de asemenea, o tehnică de ionizare utilizată în spectrometrie de masă (sursă de ionizare în descărcare de strălucire în sursă de ioni de descărcare de incandescență în engleză ) bazată pe debitul curent pe eșantion ( GD-MS ).

Descărcarea de strălucire poate fi împărțită în trei faze: subnormală (când fenomenul nu este încă stabil), normală (când este stabilă), anormală (când crește și apoi devine un alt tip de descărcare: arcul electric ).

Mecanism

Cel mai simplu tip de descărcare de strălucire este cel de curent continuu . În forma sa cea mai simplă, este format din doi electrozi într-o celulă umplută cu un gaz de joasă presiune (0,1 - 10 torr ). Celula este de obicei umplută cu argon , dar pot fi utilizate și alte gaze. Un potențial electric de câteva sute de volți este aplicat între cei doi electrozi. O populație mică de atomi din celulă este ionizată de diverse fenomene (coliziune între atomi etc.). Ionii încărcați pozitiv sunt ghidați către catod de potențialul electric , iar electronii către anod . Populația inițială de ioni și electroni are ca rezultat coliziuni cu alți atomi prin ionizarea lor, crescând astfel populația de atomi ionizați din gaz. Cu cât potențialul este menținut mai mult, cu atât are loc fenomenul.

Sub tensiunea de ionizare (tensiune de rupere) nu există strălucire, dar, prin creșterea ddp, de îndată ce punctul de ionizare este depășit, are loc descărcarea Townsend . Ionizarea este acum însoțită de excitația electronilor, cu relaxare ulterioară, care determină o emisie vizibilă a cărei lungime de undă depinde de gazul utilizat. Acest fenomen se numește descărcare strălucitoare. Zona puternic luminoasă din centrul celulei se numește coloană pozitivă . În regiunile apropiate de electrozi există o acumulare de ioni ( sarcină spațială ) cu o sarcină inversă față de electrod care determină o scădere a luminozității.

Prin creșterea în continuare a tensiunii, se observă formarea unei descărcări de arc . ^[1]

Schema de descărcare de gestiune

Diagrama unei descărcări de strălucire. Elementele principale sunt: (a) anodul și catodul de la capetele tubului; (b) Zona întunecată Aston; (c) strălucirea catodului; (d) zona întunecată a catodului; (e) strălucirea negativă; (f) zona întunecată a lui Faraday; (g) coloana pozitivă; (h) strălucirea anodului (i); zona întunecată a anodului.

Fenomenele complexe care duc la ionizarea unui gaz într-un tub liniar duc, de asemenea, la o structură spațială destul de complicată a coloanei de gaz ionizat sau a plasmei . Cu toate acestea, faptul evident că în curent continuu nu există dependență de timp produce o structură staționară, ușor de recunoscut (punctul G al curbei caracteristice).

Pornind de la catod (stânga în figură) și mergând spre anod, se pot recunoaște următoarele zone:

strat catodic : include zona întunecată Aston , strălucirea catodului și zona întunecată a catodului , numită și zona întunecată Hittorf sau Crookes . Este zona în care se află cea mai mare parte a căderii potențiale în tub și este zona în care electronii sunt produși și accelerați. În zona întunecată a lui Aston , electronii sunt extrasați din catod și câștigă energie. Ulterior, acestea se ciocnesc cu atomii neutri, producând descărcarea avalanșei Townsend: densitatea electronilor crește deci exponențial cu distanța de la catod pe tot stratul catodic, urmând legea Townsend $e^{\alpha d}$ ${\ displaystyle e ^ {\ alpha d}}$ ${\ displaystyle e ^ {\ alpha d}}$ . Strălucirea catodului este zona în care au loc ionizările avalanșei și este zona în care electronii au o mare energie (evidențiată de luminozitatea mai mare). Zona întunecată a lui Aston este uneori ascunsă între strălucirea catodului și catod și este dificil de recunoscut. În zona întunecată a catodului (sau Hittorf / Crookes) densitatea ionilor crește treptat, în timp ce electronii înmulțiți cu ionizările din zona strălucirii catodului sunt accelerați și mutați de câmpul electric: în esență, tot curentul descărcării, în apropierea catodului, este transportat de acești electroni de mare energie. În cele din urmă, trebuie remarcat faptul că în timpul defalcării stratul de catod se extinde până la anod, acoperind întreaga lungime a tubului.

strălucire negativă și zonă întunecată Faraday : câmpul electric ridicat în regiunea stratului catodic trebuie să meargă practic la zero în zona plasmatică a coloanei pozitive. Cu toate acestea, electronii cu energie ridicată prezenți în zona întunecată a Crookes nu își pot pierde imediat toată energia, ci trebuie să renunțe la ea prin coliziune înainte ca starea de echilibru a coloanei pozitive să fie atinsă. Acest lucru se întâmplă într-un mod destul de complicat, deoarece electronii își pierd mai întâi aproape toată energia (în zona de strălucire negativă ) și apoi sunt reaccelerați de un câmp destul de slab, pe o lungime aproximativ egală cu o cale liberă medie : acesta din urmă lungimea se numește zona întunecată a lui Faraday .

coloana pozitivă : este zona uniformă de plasmă , cu aceeași densitate ionică și electronică și un câmp electric aproape de zero. În timp ce lungimea structurilor complexe ale catodului și a zonei întunecate a lui Faraday depind de parametrii gazului și de tensiunile implicate, lungimea coloanei pozitive este independentă de toți acești parametri și este pur și simplu proporțională cu lungimea tubului. Scăderea potențială peste coloana pozitivă este, de asemenea, aproape zero, așa cum este tipic plasmelor.

La descărcările de strălucire, temperatura electronică este mult mai mare decât temperatura ionică (ioni la temperatura camerei, electroni cu T _e = 3-4 eV ). Temperatura electronică a coloanei pozitive este o funcție foarte slabă a tuturor parametrilor, cu excepția energiei de ionizare, $\epsilon _{i,z}$ ${\ displaystyle \ epsilon _ {i, z}}$ ${\ displaystyle \ epsilon _ {i, z}}$ .

zona anodului : în vecinătatea anodului electronii sunt decelerați, astfel încât să nu se ciocnească cu întreaga lor viteză termică pe anod; de asemenea, anodul trebuie să fie pozitiv pentru a închide circuitul. Aceasta produce o structură dublă (strălucirea anodului și zona întunecată a anodului), care se observă și în alte tipuri de descărcări. Cu toate acestea, anodul, pe lângă producerea diferenței de potențial evident, joacă un rol minor în descărcările de curent continuu.

Utilizări

Același subiect în detaliu: lămpile cu descărcare și spectrometria de masă cu descărcare strălucitoare .

Descărcarea prin strălucire este fenomenul fizic care permite funcționarea lămpilor cu descărcare .

În chimia analitică este utilizat în principal ca tehnică de ionizare în spectrometrie de masă ( spectrometrie de masă cu descărcare strălucitoare ), dar poate fi folosit și în spectroscopie .

Notă

^ VK Mehta, Principiile electronice ISBN 81-219-2450-2

Elemente conexe

linkuri externe

( EN ) Descărcați în flash , pe Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

Portalul chimiei

Portalul de fizică

[1] VK Mehta, Principiile electronice ISBN 81-219-2450-2

[1]