Descarga luminiscente
Una descarga luminiscente es un plasma formado por el paso de corriente eléctrica a través de un gas. A menudo se crea aplicando un voltaje entre dos electrodos en un tubo de vidrio que contiene un gas a baja presión. Cuando el voltaje excede un valor llamado voltaje de choque, la ionización del gas se vuelve autosuficiente y el tubo brilla con una luz de color. El color depende del gas utilizado.
Las descargas luminiscentes se utilizan como fuente de luz en dispositivos como luces de neón , lámparas fluorescentes y televisores de pantalla de plasma . El análisis de la luz producida con espectroscopia puede revelar información sobre las interacciones atómicas en el gas, por lo que las descargas luminiscentes se utilizan en la física del plasma y la química analítica . También se utilizan en la técnica de tratamiento superficial denominada sputtering .
La conducción en un gas requiere portadores de carga, que pueden ser electrones o iones. Los portadores de carga provienen de la ionización de algunas de las moléculas de gas. En términos de flujo de corriente, la descarga luminiscente se encuentra entre la descarga oscura y la descarga de arco.
Por debajo del voltaje de ruptura hay poco o ningún brillo y el campo eléctrico es uniforme. Cuando el campo eléctrico aumenta lo suficiente como para provocar la ionización, comienza la descarga de Townsend. Cuando se desarrolla una descarga luminiscente, el campo eléctrico se modifica considerablemente por la presencia de iones positivos; el campo se concentra cerca del cátodo. La descarga luminiscente comienza como un resplandor normal. A medida que aumenta la corriente, más parte de la superficie del cátodo está involucrada en el brillo. Cuando la corriente aumenta por encima del nivel en el que está involucrada toda la superficie del cátodo, la descarga se conoce como brillo anormal. Si la corriente aumenta aún más, entran en juego otros factores y comienza una descarga de arco . [2]
El tipo más simple de descarga luminiscente es una descarga luminiscente de corriente continua . En su forma más simple, consta de dos electrodos en una celda mantenida a baja presión (0,1–10 torr ; alrededor de 1/10000 a 1/100 de la presión atmosférica). Se utiliza una presión baja para aumentar el recorrido libre medio ; para un campo eléctrico fijo, un camino libre medio más largo permite que una partícula cargada gane más energía antes de chocar con otra partícula. La celda normalmente se llena con neón, pero también se pueden usar otros gases. Se aplica un potencial eléctrico de varios cientos de voltios entre los dos electrodos. Una pequeña fracción de la población de átomos dentro de la célula se ioniza inicialmente.a través de procesos aleatorios, como colisiones térmicas entre átomos o por rayos gamma . Los iones positivos son conducidos hacia el cátodo por el potencial eléctrico y los electrones son conducidos hacia el ánodo por el mismo potencial. La población inicial de iones y electrones choca con otros átomos, excitándolos o ionizándolos. Mientras se mantenga el potencial, permanecerá una población de iones y electrones.
Parte de la energía cinética de los iones se transfiere al cátodo. Esto sucede parcialmente a través de los iones que golpean el cátodo directamente. El mecanismo principal, sin embargo, es menos directo. Los iones chocan contra los átomos más numerosos de los gases neutros y les transfieren una parte de su energía. Estos átomos neutros luego golpean el cátodo. Cualquiera que sea la especie (iones o átomos) que golpea el cátodo, las colisiones dentro del cátodo redistribuyen esta energía, lo que resulta en la expulsión de electrones del cátodo. Este proceso se conoce como emisión de electrones secundarios. Una vez libre del cátodo, el campo eléctrico acelera los electrones hacia la mayor parte de la descarga luminiscente. Luego, los átomos pueden ser excitados por colisiones con iones, electrones u otros átomos que hayan sido previamente excitados por colisiones.
A: pulsos aleatorios por radiación cósmica
B: corriente de saturación
C: descarga Townsend de avalancha
D: descarga Townsend autosostenida
E: región inestable: descarga de corona
F: descarga luminiscente subnormal
G: descarga luminiscente normal
H: descarga luminiscente anormal
I: inestable región: transición de arco incandescente
J: arco eléctrico
K: arco eléctrico
Región A-D: descarga oscura ; se produce ionización, corriente por debajo de 10 microamperios.
Región FH: descarga luminiscente ; el plasma emite un brillo tenue.
Región IK: descarga de arco; gran cantidad de radiación producida.
