Wstęp teoretyczny
Wyładowania jarzeniowe są to wyładowania elektryczne w gazach, podczas których
gaz emituje światło. Efekt ten można otrzymać w gazach przy niskich ciśnieniach. Pod niskim
ciśnieniem, w miarę oddalania się od katody, występują jasne i ciemne przestrzenie.
Natomiast środkowa część ma charakterystyczną pierścieniową budowę. Po zwiększeniu
ciśnienia, struktura ta zanika.
Neonówka, lampa neonowa (inaczej: jarzeniówka, lampa jarzeniowa) - wynaleziona
w 1910 przez Francuza Georges'a Claude'a - najprostsza lampa wyładowcza w postaci dwóch
elektrod umieszczonych wewnątrz szklanej bańki wypełnionej gazem szlachetnym
(zazwyczaj neonem lub mieszaniną gazów), świecąca dzięki wyładowaniu jarzeniowemu.
Gdy do elektrod neonówki przyłożone zostanie napięcie, wówczas jony obecne
zawsze w gazie (m. in. dzięki promieniotwórczości naturalnej) są przyspieszane w powstałym
polu elektrycznym. Jeżeli średnia droga swobodna jest dostatecznie duża, jony mogą uzyskać
dostatecznie dużą energię do jonizacji kolejnych atomów, które znów są przyspieszane.
Powstająca w ten sposób lawina jonów (prąd elektryczny) powoduje efekt świetlny. Każda
lampa neonowa ma ściśle określone napięcie zapłonu, dla którego lampa zaczyna świecić.
Długość drogi swobodnej zależy od składu i ciśnienia gazu w bańce. Od powierzchni, kształtu
i odległości elektrod zależy natomiast natężenie pola elektrycznego w lampie. Dlatego
wszystkie te czynniki mają wpływ na wartość napięcia zapłonu, które mogą wahać się od
około 60 V do kilku kilowoltów.
Przekroczenie tego napięcia powoduje świecenie jonów gazu wokół tej z elektrod,
która ma potencjał ujemny (katody), natomiast gaz wokół anody pozostaje ciemny.
Przyłożenie do neonówki napięcia przemiennego powoduje cykliczne zamienianie się rolami
anody i katody i w efekcie rozbłyskanie gazu na przemian wokół obu elektrod. Od składu
mieszaniny gazów zależy także kolor światła - zazwyczaj jest on pomarańczowo-różowy.
Przy obniżaniu napięcia prąd płynie przez neonówkę tylko do pewnego napięcia granicznego,
zwanego napięciem gaśnięcia.
Układ pomiarowy:
 Opracowanie pomiarów
Część 1: Zależność okresu drgań od rezystancji obwodu.
Oto tabela z uzyskanymi przez nas wynikami pomiarów.
Pomiary wykonywane były dla dwóch wartości pojemności kondensatora oraz sześciu
wartości rezystancji opornika w obwodzie. Każdy pomiar wykonany został pięć razy dla
czasu dziesięciu mrugnięć, czyli dziesięciu okresów drgań relaksacyjnych.
Następnie wyliczone zostały wartości średnie oraz na ich podstawie okresy drgań,
wraz z niepewnościami pomiarowymi tychże.
Na następnej stronie znajduje się wykres zależności okresu drgań relaksacyjnych od
rezystancji obwodu, naniesione są na nim wartości dla dwóch pojemności kondensatora.
Na wykresie znajdują się linie trendu oraz słupki błędu, które jednak z racji
niewielkich wartości liczbowych są trudne do zauważenia.
 Teraz metodą regresji liniowej wyznaczamy współczynnik nachylenia prostej wraz z
niepewnością. Z racji, że mamy dwie serie danych wyliczyć musimy dwa współczynniki.
Dla C=2µF:
s
a1 = 0,0008086
k&!
s
s(a1) = 0,000043
k&!
oraz dla C=4,7µF:
s
a2 = 0,001882
k&!
s
s(a2 ) = 0,000012
k&!
Teraz ze wzoru teoretycznego podanego poniżej wyliczymy teoretyczne wartośći
współczynników nachylenia prostych. Oto podstawowy wzór:
U -U
g
T = R *C * ln
U -U
z
Gdzie Ug to napięcie gaśnięcia neonówki, wynoszące 68V, a Uz to napięcie zapłonu
neonówki, równe 83,7V.
Po przekształceniu otrzymulemy wzór na współczynik kierunkowy w następującej
postaci:
U -U
g
a = C * ln
U -U
z
Po wstawieniu liczb otrzymujemy wartoÅ›ci teoretyczne współczynników. Dla C=2µF:
s
a'1 = 0,000813
k&!
oraz dla C=4,7µF:
s
a'2 = 0,00191
k&!
 Niepewności zaś dla tych wyników wynoszą odpowiednio:
s
u(a'1 ) = 0,000021
k&!
s
u(a'2 ) = 0,00005
k&!
Czas na porównanie otrzymanych wartości, a konkretnie czy wyznaczone przez nas
współczynniki nachylenia są zgodne ze współczynnikami wyznaczonymi ze wzoru po
uwzględnieniu niepewności jednych oraz drugich obliczeń.
Wyniki będą się zgadzać, jeżeli spełnione będą poniższe nierówności:
a1 + 2s(a1) + 2u(a'1 ) e" a'1
a2 + 2s(a2 ) + 2u(a'2 ) e" a'2
PodstawiajÄ…c liczby otrzymujemy:
0,0009366 e" 0,000813
0,002006 e" 0,00191
A to oznacza, że po uwzględnieniu niepewności nasze wyniki są poprawne.
Część 2: Zależność okresu drgań od pojemnoścki kondensatora.
 Wykres jest w skali logarytmiczno-logarytmicznej. Teraz metodÄ… regresji liniowej
wyznaczamy współczynnik nachylenia prostej wraz z niepewnością:
s
a = 0,1984
µF
s
s(a) = 0,009
µF
Obliczmy teraz ten współczynnik z wzoru teoretycznego oraz jego niepewność:
s
a'= 0,2032
µF
s
u(a') = 0,0053
µF
Wynik będzie się zgadzać, jeżeli spełniona będzie poniższa nierówność:
a + 2s(a) + 2u(a') e" a'
PodstawiajÄ…c liczby otrzymujemy:
0,227 e" 0,2032
A to oznacza, że w tej części również udało nam się wyznaczyć wynik, który po
uwzględnieniu niepewności jest wynikiem poprawym.