輝光放電正極的波紋怎麼解釋?

這是維基百科上的一張圖,左邊負極右邊正極。想問問右半邊的像駐波一樣的紋路的形成原理?


這叫做長放電間隙的氣體放電現象。

我們來看下圖:

在氣體放電的理論中,有一位偉大科學家,叫做湯遜,他首先提出了並成功解釋了氣體放電理論。但湯遜放電只能解釋短間隙的放電,對於較長距離的氣體放電,例如題主的圖,湯遜理論就不能解釋。

為此,氣體放電的流注理論派上用場。

我們來看看長間隙氣體放電的過程:

從陰極(左側)發射出來的電子,在電場的作用下向陽極(右側)運動。在間隙的中間,經過一系列碰撞產生了大量新的電子和正負離子。

由於電子運動速度快,因此電子大量集中在前進方向的前部,而正離子則留在後部,並在空間中形成了電子和正離子構成的集合體。這種集合體叫做電子崩。

隨著電子崩向陽極移動,其中的電子和正離子越來越多。這一方面改變了放電間隙中的電場分布,同時又使得崩頭崩尾中的電荷削弱了電子崩內部的電場,使其複合作用增強。

電子與正離子的複合會產生大量的光子,而光子作用在後部的氣體上,使得這些氣體出現電場電離,接著又產生第二個電子崩、第三個電子崩。

每個電子崩的頭部和尾部分別向陽極和陰極發展,最後連成一片,形成整條的電離氣體通道,間隙被擊穿。

這個理論就是長間隙氣體擊穿的流注理論。

調節合適的放電電流,可以使得電子崩的數量和位置大致固定起來,或者緩慢運動,這時就能出現明亮發光區了。

注意到電子崩的發光區,正好就在電子崩的頭尾之間。看起來,發光區是一節一節的,見題主圖。

流注理論很重要,它是長間隙氣體放電的理論,是長間隙高壓放電的基本理論之一。

另外,要注意到輝光放電的區域:

輝光放電的特徵是放電充滿整個區域,弧光放電的特徵則是放電縮小到弧柱區域內。可見,輝光放電是弧光放電的前奏。

對於題主的圖,乃至於普通日光燈管,它的內部需要增加一些金屬蒸汽來誘發輝光放電。這些金屬蒸汽一般是水銀或者金屬鈉。水銀的光呈現白色,鈉的光呈現黃色。

另外,對管內的真空度也有一定的要求。

如果日光燈也出現電子崩放電,則說明此管內氣壓不對,金屬蒸汽也不符合規範要求。當然,有時為了演示電子崩放電,故意調節參數以出現一節節放電的效果,也就是題主的圖。

提個問題:在我繪製的圖中,右側有一連串四個電子崩,其中最左邊的那個電子崩的尾端有發光區,試問此電子崩的後部還有電子崩嗎?


日光燈也能看到好多波紋,卻不知是為何?


推薦閱讀:

等離子體物理中為什麼使用了 「 mode 」這個詞?
光在等離子體的折射率為什麼會小於 1?
MIT「突破」的托卡馬克等離子湍流問題對核聚變有多大意義?
仿星器和托卡馬克有什麼區別?
等離子物理的發展前景如何?

TAG:物理學 | 電學 | 等離子體物理 | 等離子體plasmonics |