Plazmová Guľa: Princíp Fungovania a Výroba
Plazmová guľa je moderný vedecký zázrak, fascinujúce spojenie fyziky a estetiky, ktoré priťahuje pozornosť a podnecuje zvedavosť. Je úžasná dekorácia s antistresovým účinkom, ktorá vytvára fascinujúci efekt elektrických výbojov.
Zariadenie vytvára zaujímavý efekt elektrických výbojov, po dotyku skla intenzita bleskov dosahuje svoje maximum. Dotyk sklenej gule zázračne priťahuje blesky, ktoré okamžite "udrú" do vášho prsta - samozrejme, bezbolestne. Čím viac prstov ku guli priložíte, tým viac bleskov vás zasiahne.
Úvod do Plazmy a Plazmovej Gule
Plazmová guľa je efektný svetelný zdroj a skvelá vychytávka, ktorá nikdy neprestane fascinovať. Je dokázané, že táto guľa doslova púta pozornosť, čo ju predurčuje ako jedinečný doplnok do každej izby.
Plazma, často označovaná ako štvrté skupenstvo hmoty, je vysoko ionizovaný plyn obsahujúci nabité častice: elektróny a ióny. Vo vesmíre je plazma mimoriadne rozšírená, nachádza sa napríklad vo hviezdach. Slnko, hviezda našej planetárnej sústavy, je obrovská rotujúca plazmová guľa. Jeho gravitačné pôsobenie udržiava na obežných dráhach všetky objekty slnečnej sústavy. V plazmovej guli sa plazma vytvára pomocou vysokofrekvenčného elektrického poľa.
Plazmovú lampu objavil už Nicola Tesla v roku 1894, no v podobe, ako ju poznáme dnes, ju prvýkrát vyrobil Bill Parker z Massachusettského technologického inštitútu (MIT) v roku 1970. Jej postupné zdokonaľovanie mu trvalo 20 rokov.
Exponáty - plazmová guľa
Princíp Fungovania Plazmovej Gule
Možno ste sa už stretli s plazmovou guľou a premýšľali ste, ako tento zaujímavý objekt funguje. V skratke, plazmová guľa funguje na princípe ionizácie plynu pomocou vysokofrekvenčného elektrického poľa.
Plazmové lampy sú zvyčajne sklené gule naplnené zmesou inertných plynov pri nižšom tlaku, napájané vysokofrekvenčným (10 - 35 kHz) zdrojom vysokého napätia (2 - 5 kV).
Plazmová guľa zvyčajne pozostáva zo sklenenej gule naplnenej zmesou inertných plynov pri nízkom tlaku. V strede gule sa nachádza elektróda, na ktorú je privedené vysokofrekvenčné (10 - 35 kHz) vysoké napätie (2 - 5 kV). Toto napätie vytvára silné elektrické pole, ktoré ionizuje plyn vnútri gule a vytvára plazmu.
Menšia guľôčka v strede PL je elektróda. Z nej sa pri dostatočnom napätí uvoľňujú elektróny do okolitého plynu. Elektrické pole elektróny ďalej urýchľuje. Pri zrážkach odovzdávajú časť svojej kinetickej energie atómom plynu. Ak je odovzdaná energia dostatočná, dochádza k excitácii (vybudeniu) atómov, prípadne k ich ionizácii. Elektróny uvoľnené pri ionizácii ďalej ionizujú okolité atómy. Prebiehajú aj opačné procesy zachytenia elektrónov na iónoch a atómoch. Po istom čase sa v plazme ustáli rovnováha v priemernom počte zachytených a uvoľnených elektrónov.
Z elektródy sa uvoľňujú elektróny, ktoré sú urýchľované elektrickým poľom. Pri zrážkach s atómami plynu im odovzdávajú energiu, čo vedie k excitácii alebo ionizácii atómov. Excitované atómy sa vracajú do pôvodného stavu a vyžarujú fotóny viditeľného svetla. Charakteristické svetelné vlákna, ktoré vidíme v plazmovej guli, vznikajú v dôsledku deexcitácie atómov. V oblasti, kde prebieha ionizácia, tečie silnejší prúd a je tam nižší elektrický odpor. To vedie k vytvoreniu teplejších, viac ionizovaných oblastí s nižším odporom, do ktorých je pumpovaných viac elektrónov, čo spôsobuje, že viac žiaria.
Elektrické pole pôsobí aj na ióny. Tie však majú hmotnosti tisíckykrát vyššie ako elektróny a urýchľujú sa na oveľa nižšie rýchlosti. K ionizácii a excitácii tak dochádza najmä vďaka elektrónovo-atómovým zrážkam.
Charakteristické svetelné vlákna medzi vnútornou elektródou a vonkajším skleným plášťom PL vznikajú pri deexcitácii atómov. Elektrón z plazmy pri excitácii odovzdá časť svojej energie elektrónu v atóme. Spôsobí tým jeho prechod na hladinu s vyššou energiou, ktorá je nestabilná. Elektrón sa potom v krátkom čase vráti na pôvodnú hladinu (deexcitácia) a rozdiel energií vyžiari vo forme fotónu.
Pri vhodnom rozdiele energií hladín je vyžiarený fotón viditeľného svetla. Hodnoty energií hladín sú kvantované, takže vyžiarené fotóny majú len určitú energiu, a teda len určitú farbu (vlnovú dĺžku) charakteristickú pre daný typ atómu. Ak by sme chceli zmeniť farbu svetla, museli by sme plazmovú lampu naplniť iným plynom (alebo zvýšiť napätie - došlo by k obsadeniu väčšieho množstva excitovaných hladín).
Dôležitú úlohu tu zohráva tlak plynu. Čím je tlak nižší, tým jednoduchšie „vyrobíme“ plazmu. Elektróny totiž prejdú dlhšiu dráhu medzi zrážkami, čím získajú vyššiu energiu od elektrického poľa. Stačilo by preto menšie napätie. Pri príliš nízkom tlaku by však plazma začala svietiť v celom objeme lampy (nijaké vlákna). Pri príliš vysokom tlaku by bolo treba veľmi veľké napätie a opäť by nevznikli stabilné vlákna.
Tlak plynu v PL je preto vyladený asi na 260 - 1 000 Pa (asi 3/1 000 - 1/100 atmosférického tlaku). Pri tomto tlaku sú v PL obrovské množstvá atómov (viac ako 2 500 atómov na hrúbku ľudského vlasu), takže k zrážkam elektrónov s atómami dochádza pomerne často. Nevyhnutné je preto napätie 2 000 - 10 000 V, aby dochádzalo k ionizácii atómov.
Na začiatku sú procesy ionizácie a excitácie v plazme náhodné. Vďaka uvoľneným elektrónom však tečie v oblasti, kde prebieha ionizácia, silnejší prúd a je tam nižší elektrický odpor. Navyše dochádza k zahrievaniu a horúci plyn stúpa od elektródy smerom k vonkajšiemu obalu PL, sledujúc zároveň aj elektrické pole.
V pôvodne homogénnom plyne tak vznikajú teplejšie ionizovanejšie oblasti s nižším odporom. Do nich je „pumpovaných“ viac elektrónov ako do okolitého plynu, vďaka čomu viac žiaria. To je forma pozitívnej spätnej väzby, ktorá vytvára a udržuje svetelné vlákna.
PL je v podstate kondenzátor. Jedna elektróda je v jej strede, druhá sa nachádza v jej podstavci spolu s ostatnou elektronikou. Aby kondenzátorom mohol tiecť prúd a medzi jeho elektródami bolo napätie postačujúce na ionizáciu, potrebujeme na jeho elektródy priviesť vysoké napätie s čo najvyššou frekvenciou.
Elektróny tak prechádzajú tam a späť medzi elektródou a vonkajším skleným obalom lampy. Frekvencia poľa v PL musí byť o to vyššia, že jej elektródy sú oveľa ďalej než elektródy bežného kondenzátora. V podstate je plazmová lampa anténou vysielajúcou do svojho okolia elektromagnetické pole.
Technické Aspekty
Tlak plynu v plazmovej guli je vyladený na približne 260 - 1 000 Pa (asi 3/1 000 - 1/100 atmosférického tlaku). Pri tomto tlaku sú v guli obrovské množstvá atómov, takže k zrážkam elektrónov s atómami dochádza pomerne často. Preto je potrebné napätie 2 000 - 10 000 V, aby dochádzalo k ionizácii atómov.
Plazmová guľa funguje ako kondenzátor, kde jedna elektróda je v strede a druhá v podstavci. Vysoké napätie s vysokou frekvenciou je potrebné na to, aby mohol tiecť prúd a medzi elektródami bolo napätie postačujúce na ionizáciu.
Dotyk s Plazmovou Guľou
Dotyk ruky môže spôsobiť, že v PL bude len jedno jasné vlákno od elektródy k ruke. Netreba sa báť, elektrický prúd vybudený poľom PL prechádza len tenkou vrstvou pokožky.
Dotyk s plazmovou guľou spôsobí, že v guli vznikne jedno jasné vlákno od elektródy k ruke. Elektrický prúd vybudený poľom plazmovej gule prechádza len tenkou vrstvou pokožky, takže je bezbolestný.
Bezpečnosť a Vplyv na Okolie
Kým pohyb elektrónov je obmedzený sklenou stenou, pole preniká voľne do priestoru. Intenzita poľa v priestore okolo PL postačuje dokonca na zažatie výbojky. Ľahko sa tiež dá presvedčiť, že vodivé objekty v okolí PL vplývajú na jej pole. Menia jeho tvar, a tým sa mení aj poloha, počet a intenzita jednotlivých svetelných vlákien v lampe.
Nebezpečnejšie môže byť, ak sa do blízkosti PL (alebo priamo do kontaktu s ňou) dostanú kovové predmety. Elektróny v nich kmitajú s frekvenciou poľa, čím sa tieto predmety zahrievajú.
Môže tiež dochádzať ku skratom, či iskreniu. Nie je preto vhodné dávať PL blízko elektrospotrebičov. Ak dáte k plazmovej lampe nos, zacítite typický zápach ozónu. Ten vzniká pôsobením jej elektromagnetického poľa. Ozón vo vysokých koncentráciách môže byť pre človeka nebezpečný.
Hoci je plazmová guľa všeobecne bezpečná, je dôležité dodržiavať určité opatrenia. Kovové predmety v blízkosti gule sa môžu zahrievať a môže dochádzať ku skratom alebo iskreniu. Plazmová guľa produkuje malé množstvo ozónu, ktorý môže byť vo vysokých koncentráciách nebezpečný.
Táto guľa je vyrobená s maximálnym dôrazom na bezpečnosť. Plazmová guľa je takmer tichá.
Výroba Plazmovej Gule Svojpomocne
Ak by ste chceli túto dekoráciu, nemusíte si ju vôbec kupovať, ale jednoducho si ju vyrobíte sami a to skoro zadarmo. Stačí vám k tomu zopár súčiastok, riadny chladič na tranzistor, nejaké to VN trafo zo starej telky. Z vysokonapäťového trafa odstránime primárne vinutia, sekundárne ponecháme a namiesto primárnych navinieme tri a päť závitov hrubším drôtom (1-1,5mm) s odbočkou v strede. Studený koniec trafa spojíme so záporným pólom zdroja a ten sa MUSÍ uzemniť o radiátor, vodovod a pod. Na živý koniec pripojíme obyčajnú 100W žiarovku a zábavka za pár tisíc je na svete. Ja som použil VN trafo z nejakej riadne starej elektrónkovej telky, cievka bola navinutá na kostričke z bakelitu a vrchný obal trafa boli asi dve vrstvy nejakej fólie a hrubšia vrstva parafínu. Lampa funguje na 230V zapojením do elektrickej siete. Na elektrickom kábli je klasický spínač.
Využitie Plazmy v Medicíne
Plazma má potenciál využitia aj v medicíne. Vedci zistili, že prúd tzv. studenej plazmy dokáže deaktivovať vírusy a tým pádom zabrániť ich šíreniu v tele.
Podľa jej zistení stačí vírusy na pár minút vystaviť prúdu ionizovaného plynu, teda plazme, a vírusy stratia schopnosť sa replikovať. To znamená, že sa nemôžu rozmnožovať, šíriť po tele a spôsobovať ochorenie. Zimmermannová v štúdii zverejnenej v magazíne Journal of Physics D: Applied Physics uviedla, že prúd studenej plazmy dokáže za 240 sekúnd deaktivovať takmer všetky vírusy. Nažive ostal len jeden z milióna.
„Studená plazma je potenciálne veľmi efektívnym spôsobom kontroly virálnych infekcií,“ myslí si nemecká vedkyňa. Výskumníci už pracujú na vývoji technológie na liečbu infekcií respiračného systému a získali povolenie na otestovanie zariadenia na zvieratách. Podľa vedcov by sa totiž plazma mohla vdychovať priamo do pľúc a tým podstatne uľahčiť imunitnému systému pacienta v boji proti vírusom.
Už predchádzajúce výskumy ukázali, že studená plazma je efektívna v ničení baktérií a dokáže sterilizovať vodu až na sedem dní.
Plazma ako Štvrté Skupenstvo Hmoty
Plazma je po pevnom, kvapalnom a plynnom skupenstve štvrtým skupenstvom hmoty. Vzniká po elektrickom nabití častíc plynu alebo kvapaliny. Podobný materiál je možné nájsť v plazmových obrazovkách alebo tzv. plazmových guľách.
Plazma sa často označuje ako štvrté skupenstvo hmoty a astronómovia uvádzajú, že tvorí až 99 % pozorovanej hmoty vo vesmíre. Vo svojej podstate je plazma vysoko ionizovaný plyn, ktorý vzniká ionizáciou - roztrhnutím molekúl viacatómových plynov alebo odtrhnutím elektrónov z elektrónového obalu jednoatómových plynov.
Prvýkrát plazmu charakterizoval v roku 1879 anglický chemik a fyzik William Crookes, objaviteľ chemického prvku tálium. Crookes nazval plazmu radian mater, čiže žiarivá hmota.
Vlastnosti Plazmy
Medzi základné charakteristické vlastnosti plazmy patrí stupeň ionizácie a teplota. Stupeň ionizácie je možné definovať ako pomer počtu ionizovaných častíc k celkovému počtu častíc a závisí predovšetkým od teploty plazmy. Podľa stupňa ionizácie je možné plazmu rozdeliť na slabo a silno ionizovanú.
Teplota plazmy je mierou tepelnej kinetickej energie pripadajúcej na jednu časticu a uvádza sa v Kelvinoch alebo v elektrónvoltoch. Na udržanie vyšších stupňov ionizácie sú zvyčajne potrebné vysoké teploty. Podľa teploty je možné plazmu charakterizovať ako vysokoteplotnú a nízkoteplotnú.
Vysokoteplotná plazma má teplotu vyššiu ako milión Kelvinov a vyskytuje sa vo hviezdach, resp. pri termonukleárnej syntéze. V nízkoteplotnej plazme môžu mať preto ióny teplotu od niekoľko tisíc Kelvinov až po teplotu okolia, v závislosti od použitého plynu a stupňa ionizácie. Nízkoteplotná plazma sa vyskytuje napríklad v elektrickom oblúku, elektrických žiarivkách alebo výbojkách.
Delenie Materiálov Plazmou
Rezanie plazmovým oblúkom využíva vysokú teplotu plazmy, ktorá niekoľkokrát prevyšuje teplotu tavenia aj tepelne najodolnejších materiálov. Na začiatku procesu riadiaca jednotka privedie vysokofrekvenčné napätie medzi medenú dýzu rezacieho horáka a elektródu. Tým dôjde k vzniku tzv. pilotného oblúka a k ionizácii plazmového plynu, ktorý sa do horáka privádza prívodnými hadicami spolu s ochranným a fokusačným plynom z tlakových fliaš cez riadiacu jednotku.
Plazmová Guľa ako Dekorácia
Úžasná plazmová lampa ako krásna dekorácia na pracovnom stole s antistresovým účinkom. Dizajn plazmových gúľ, ktorý vytvoril elektrický priekopník Nikola Tesla, v 80. rokoch 20. storočia nahradil úplne nový, aktualizovaný dizajn, ktorý je napájaný zo siete.
Plazmová guľa je špeciálne upravená tak, aby ste sa jej mohli dotýkať a svojimi dotykmi stimulovať plazmatické výboje. Ušľachtilý plyn zachytený v tejto guli je excitovaný elektrinou a vytvára plazmové vlákna medzi stredom gule a ochranným sklom.
Vedcov fascinuje najmä fakt, že nikto nevie ako sa plazma bude správať. Práve to využíva táto plazmová guľa. Výboje sú jedinečné a náhodné.
tags: #plazmová #guľa #princíp #fungovania #a #výroba
