最終更新日: 2024 年 9 月 29 日

フィールドとプラズマ: 魅力的なランプ

画像の説明：プラズマランプの中に野原のイメージが現れます。私たちが観察する電気アークは、どういうわけかこの場の力線をたどり、フィラメント構造のような錯覚を与えます。電気アークはこのフィールドの現れですが、フィールドそのものではありません。私たちが見ているのは、イオン化したガスに対する電場の影響です。

プラズマランプ

そこにはプラズマランプは、インターネットで簡単に見つけることができ、素晴らしい視覚効果を生み出すデバイスです。しかし、光のショーを超えて、このオブジェクトを通して、「」という魅力的なコンセプトを見ることができます。分野これにより、プラズマランプはまさに小さな物理実験室になります。

プラズマとは何ですか?

プラズマは、原子がイオン化された物質の 4 番目の状態です。つまり、電子が原子核から分離され、自由に動き回るイオンと電子が生成されます。これは通常、高温または強い電界の存在下で発生します。

プラズマランプはどのように動作するのですか?

プラズマランプでは、通常、希ガス（ネオン、キセノン、アルゴン、クリプトンなど）が使用されます。希ガスは（最も外側の電子殻が飽和しているため）化学結合の形成に強く抵抗しますが、電場の影響下で容易にイオン化する能力があるため、希ガスが選択されます。

したがって、プラズマランプの内部では、低圧の希ガスが中心電極によって生成された高電圧にさらされています。中心電極に印加される電圧は、ランプの設計とサイズに応じて、一般に 2 kV ～ 20 kV の間で変化します。この高電圧はガス原子をイオン化し、電気的、熱的、動的特性、特に強度と色を変更することでプラズマの挙動に影響を与えます。ガラスランプの形状は、均一なプラズマ分布を提供するために通常球形です。

中央の電極に電圧が印加されると、この電極とガラス球の壁の間に数キロボルトの電場が生成されます。強力な電場によりガス原子がイオン化され、自由イオンと電子が生成されます。次に、電子は中心電極に引き寄せられ、光フィラメントを通る目に見える電子の流れが形成されます。イオン化された領域は電流の導電経路を作成し、プラズマフィラメントが形成され、ガス中を移動できるようになります。これらのフィラメントは、多くの場合、中心電極から外側に伝わるプラズマのフラッシュまたはアークとして現れます。

プラズマフィラメントの色

プラズマフィラメントの色は、使用する希ガスの種類によって異なります。
ザネオン赤オレンジ色の光を生成し、アルゴン紫色の光を生成し、クリプトンブルーライトを発生させますが、キセノン青紫色の光を生成します。

注： :
放出される光の色は、原子の電子エネルギー準位間のエネルギー差によって異なります。電子が高いエネルギー準位から低い準位に「ジャンプ」すると、そのエネルギーが 2 つの準位間のエネルギー差に正確に一致する光子を放出します。このエネルギーは特定の色に変換されます。

球体の中にフィールドのイメージが出現！

プラズマランプがもたらすイメージは、発光フィラメントがあらゆる方向に踊るように見え、フィラメントが力の線をたどるかのようなフィールドのアイデアを呼び起こします。

電場は、周囲の空間に対する電荷の影響を説明する一般的な概念です。これは、特定の点に配置された正の電荷が及ぼす力の方向を示す力線で表すことができます。これらの力線は、中心電極から放射状に向けられています。

中心電極は、ランプの体積全体に広がる強力な電場を生成します。プラズマは優れた電気伝導体であるため、荷電粒子は自由に動きます。
ただし、電場は重なり合います。これは、ある点における総電場は、存在するすべての電荷によって生成される電場のベクトル和であることを意味します。電場の重畳、プラズマの不安定性、荷電粒子間の相互作用は、フィラメントの非線形性とその不規則な形状を説明します。

電荷は電場の変動に従って常に移動しているため、ランプから知覚される画像は動的です。したがって、光フィラメントは電場線に従い、場の構成を直接視覚化します。

ランプ内の空間の各点は、正確な方向を持つ電気力の影響を受けます。この方向は、この点を通過する力線に接しており、ベクトルとして解釈できます。ただし、電場はベクトル場です。つまり、物理量 (ベクトル) が空間内の各点に関連付けられています。

プラズマは多くの物理現象が相互作用する複雑な媒体であるため、この視覚化は現実を単純化したものです。それにもかかわらず、プラズマランプは、シンプルかつエレガントな方法で世界を表現します。ベクトル場の概念。