Un globo de plasma o lámpara de plasma (también llamado bola de plasma , domo , esfera , tubo u orbe , según la forma) es un recipiente / bola de vidrio transparente lleno de una mezcla de varios gases nobles con un electrodo de alto voltaje en el centro del envase.
Cuando se aplica voltaje, se forma un plasma dentro del recipiente. Los filamentos de plasma se extienden desde el electrodo interno hasta el aislante de vidrio externo, dando la apariencia de múltiples haces constantes de luz coloreada (ver descarga de corona y descarga de resplandor eléctrico ). Los globos de plasma fueron más populares como artículos novedosos en la década de 1980. [1]
La lámpara de plasma fue inventada por Nikola Tesla , durante su experimentación con corrientes de alta frecuencia en un tubo de vidrio al vacío con el propósito de estudiar fenómenos de alto voltaje . [2] Tesla llamó a su invento un " tubo de descarga de gas inerte ". [3] El diseño moderno de la lámpara de plasma fue desarrollado posteriormente por James Falk y el estudiante del MIT Bill Parker . [1]
Descripción
Aunque existen muchas variaciones, una lámpara de plasma suele ser una esfera de vidrio transparente llena con una mezcla de varios gases (más comúnmente neón , a veces con otros gases nobles como argón , xenón y criptón ) a presión casi atmosférica. Un tubo crepitante es un dispositivo relacionado lleno de perlas recubiertas de fósforo. Las lámparas de plasma funcionan con corriente alterna de alta frecuencia (aproximadamente 35 kHz ) a 2–5 kV . [1] El circuito de accionamiento es esencialmente un inversor de potencia especializado , en el que la corriente de una fuente de CC de menor voltaje alimenta un circuito oscilador electrónico de alta frecuencia cuya salida se intensifica mediante un transformador de alta frecuencia y alto voltaje . La energía de radiofrecuencia del transformador se transmite al gas dentro del globo a través de un electrodo en su centro. Además, algunos diseños utilizan el globo como una cavidad resonante, que proporciona retroalimentación positiva al transistor de accionamiento a través del transformador. Un orbe de vidrio hueco mucho más pequeño también puede servir como electrodo cuando está lleno de lana de metal o un fluido conductor que está en comunicación con la salida del transformador. En este caso, la energía de radiofrecuencia se admite en el espacio más grande mediante un acoplamiento capacitivo a través del vidrio. Los filamentos de plasma se extienden desde el electrodo interno hasta el aislante de vidrio externo, dando la apariencia de zarcillos en movimiento de luz coloreada dentro del volumen del globo (ver descarga de corona y descarga de brillo eléctrico ). Si se coloca una mano cerca del globo, se produce un leve olor a ozono , ya que el gas se produce por la interacción de alto voltaje con el oxígeno atmosférico.
Algunos globos tienen una perilla de control que varía la cantidad de energía que va al electrodo central. En la configuración más baja que iluminará o "golpeará" el globo, se hace un solo zarcillo. El canal de plasma de este único zarcillo ocupa el espacio suficiente para transmitir esta energía de impacto más baja al mundo exterior a través del cristal del globo. A medida que aumenta la potencia, la capacidad de este único canal se ve abrumada y se forma un segundo canal, luego un tercero, y así sucesivamente. Los zarcillos también compiten por una huella en el orbe interior. Las energías que fluyen a través de ellos son todas de la misma polaridad, por lo que se repelen entre sí como cargas similares: un límite delgado y oscuro rodea cada huella en el electrodo interno.
Colocar la punta de un dedo sobre el vidrio crea un punto atractivo para que fluya la energía, porque el cuerpo humano conductor (que tiene una resistencia no óhmica de aproximadamente 1000 ohmios a temperatura ambiente) se polariza más fácilmente que el material dieléctrico alrededor del electrodo (es decir, el gas dentro del globo) proporcionando una ruta de descarga alternativa que tiene menos resistencia. Por lo tanto, la capacidad del cuerpo conductor grande para aceptar energía de radiofrecuencia es mayor que la del aire circundante. La energía disponible para los filamentos de plasma dentro del globo fluirá preferentemente hacia el mejor aceptor. Este flujo también hace que un solo filamento, desde la bola interior hasta el punto de contacto, se vuelva más brillante y delgado. [1] El filamento es más brillante porque hay más corriente fluyendo a través de él y hacia la capacidad de 150 pF, o capacitancia , presentada por un objeto, un cuerpo conductor, del tamaño de un humano. El filamento es más delgado porque los campos magnéticos a su alrededor, aumentados por la corriente ahora más alta que fluye a través de él, provocan un efecto magnetohidrodinámico llamado autoenfoque : los propios campos magnéticos del canal de plasma crean una fuerza que actúa para comprimir el tamaño del canal de plasma mismo. .
Gran parte del movimiento de los filamentos se debe al calentamiento del gas alrededor del filamento. Cuando se calienta el gas a lo largo del filamento, se vuelve más flotante y se eleva, llevando consigo el filamento. Si el filamento se descarga en un objeto fijo (como una mano) en el costado del globo, comenzará a deformarse en una trayectoria curva entre el electrodo central y el objeto. Cuando la distancia entre el electrodo y el objeto sea demasiado grande para mantenerla, el filamento se romperá y se volverá a formar un nuevo filamento entre el electrodo y la mano (ver también la Escalera de Jacob , que exhibe un comportamiento similar).
Se produce una corriente eléctrica dentro de cualquier objeto conductor cerca del orbe. El vidrio actúa como dieléctrico en un condensador formado entre el gas ionizado y la mano.
El globo se prepara bombeando tanto aire como sea posible. Luego, el globo se vuelve a llenar con neón a una presión similar a una atmósfera. Si la energía de radiofrecuencia está encendida, si el globo es "golpeado" o "iluminado", ahora todo el globo se iluminará con un rojo difuso. Si se agrega un poco de argón, se formarán los filamentos. Si se agrega una cantidad muy pequeña de xenón, las "flores" florecerán en los extremos de los filamentos. [ cita requerida ]
El neón disponible para comprar en una tienda de letreros de neón a menudo viene en frascos de vidrio a la presión de un vacío parcial. Estos no se pueden usar para llenar un globo con una mezcla útil. Se requieren tanques de gas, cada uno con su regulador de presión y conexión específicos y adecuados: uno para cada uno de los gases involucrados.
De los otros gases nobles, el radón es radiactivo , el helio se escapa a través del vidrio con relativa rapidez y el criptón es bastante caro. Se pueden utilizar otros gases, como el vapor de mercurio . El plasma puede disociar los gases moleculares.
Historia
En la Patente de EE.UU. 0.514.170 ("Luz eléctrica incandescente", 6 de febrero de 1894), Nikola Tesla describe una lámpara de plasma. Esta patente es para una de las primeras lámparas de descarga de alta intensidad. Tesla usó un globo de lámpara de tipo incandescente con un solo elemento conductor interno y excitó el elemento con corrientes de alto voltaje de una bobina de Tesla , creando así la emanación de descarga de cepillo. Obtuvo protección de patente en una forma particular de la lámpara en la que un pequeño cuerpo o botón de material refractario que da luz es sostenido por un conductor que ingresa a un globo o receptor muy agotado. Tesla llamó a esta invención la lámpara de un solo terminal o, más tarde, el "tubo de descarga de gas inerte". [3]
El estilo Groundstar de globo de plasma fue creado por James Falk y comercializado a coleccionistas y museos de ciencia en las décadas de 1970 y 1980. [ cita requerida ] Jerry Pournelle en 1984 elogió Omnisphere de Orb Corporation como "el objeto más fabuloso del mundo entero" y "magnífico ... un nuevo tipo de objeto de arte", afirmando que "no se puede comprar el mío por ningún precio". [4]
Tesla no disponía de la tecnología necesaria para formular mezclas de gases que se utilizan en las esferas de plasma actuales. [ cita requerida ] Las lámparas modernas suelen utilizar combinaciones de xenón , criptón y neón , aunque también se pueden utilizar otros gases. [1] [3] Estas mezclas de gases, junto con diferentes formas de vidrio y electrónica impulsada por circuitos integrados, crean los colores vivos, la gama de movimientos y los patrones complejos que se ven en las esferas de plasma actuales.
Aplicaciones
Los globos de plasma se utilizan principalmente como curiosidades o juguetes por sus efectos de iluminación únicos y los "trucos" que los usuarios pueden realizar en ellos moviendo sus manos alrededor de ellos. También pueden formar parte del equipo de laboratorio de una escuela con fines de demostración. Por lo general, no se emplean para iluminación general. Sin embargo, en los últimos años, algunas tiendas de novedades han comenzado a vender una luz nocturna de lámpara de plasma en miniatura que se puede montar en un enchufe de luz estándar. [5] [6]
Los globos de plasma se pueden utilizar para experimentar con altos voltajes. Si se coloca una placa conductora o una bobina de alambre en el globo, el acoplamiento capacitivo puede transferir suficiente voltaje a la placa o bobina para producir un pequeño arco o energizar una carga de alto voltaje . Esto es posible porque el plasma dentro del globo y el conductor fuera de él actúan como placas de un condensador, con el vidrio en el medio como dieléctrico. Un transformador reductor conectado entre la placa y el electrodo del globo puede producir una salida de radiofrecuencia de menor voltaje y mayor corriente. Una conexión a tierra cuidadosa es esencial para evitar lesiones o daños al equipo.
Peligros
Acercar materiales conductores o dispositivos electrónicos a un globo de plasma puede hacer que el vidrio se caliente. La energía de radiofrecuencia de alto voltaje acoplada a ellos desde el interior del globo puede causar una descarga eléctrica leve a la persona que los toca, incluso a través de una carcasa protectora de vidrio. El campo de radiofrecuencia producido por las lámparas de plasma puede interferir con el funcionamiento de las almohadillas táctiles utilizadas en computadoras portátiles , reproductores de audio digital , teléfonos celulares y otros dispositivos similares. [1] Algunos tipos de globos de plasma pueden irradiar suficiente interferencia de radiofrecuencia (RFI) para interferir con teléfonos inalámbricos y dispositivos Wi-Fi a varios pies o algunos metros de distancia.
Si un conductor eléctrico toca el exterior del globo, el acoplamiento capacitivo puede inducir suficiente potencial en él para producir un pequeño arco . Esto es posible porque el vidrio del globo actúa como un condensador dieléctrico : el interior de la lámpara actúa como una placa y el objeto conductor en el exterior actúa como la placa del condensador opuesta. [3] Esta es una acción peligrosa que puede dañar el globo terráqueo u otros dispositivos electrónicos y presenta un riesgo de ignición por incendio. [1]
Ver también
- Fusor
- Lista de fuentes de luz
- Lista de artículos sobre plasma (física)
- Lámpara de azufre
- Arco de vacío
Referencias
- ↑ a b c d e f g Gache, Gabriel (31 de enero de 2008). "¿Cómo funcionan las lámparas de plasma?" . Softpedia . Archivado desde el original el 10 de febrero de 2009 . Consultado el 16 de noviembre de 2009 .
- ^ Tesla, Nikola (1892). "Experimentos con corrientes alternas de alto potencial y alta frecuencia" . Archivado desde el original el 2 de marzo de 2010 . Consultado el 26 de julio de 2010 .
- ^ a b c d Barros, Sam (2002). "Página de globos de plasma de PowerLabs" . Archivado desde el original el 3 de diciembre de 2009 . Consultado el 16 de noviembre de 2009 .
- ^ Pournelle, Jerry (abril de 1984). "El objeto más fabuloso del mundo entero" . BYTE . pag. 57. Archivado desde el original el 25 de marzo de 2016 . Consultado el 2 de marzo de 2016 .
- ^ La luz nocturna de bola de plasma nos hace nostálgicos por mojar la cama. Archivado el 8 de septiembre de 2017 en la Wayback Machine , gizmodo.com, 27 de noviembre de 2007.
- ↑ Plasma Night Light Archivado 2010-12-01 en Wayback Machine , 4physics.com, 2010-02-17
