• CZĘŚĆ TEORETYCZNA

Przepływ prądu elektrycznego w gazie nazywamy wyładowaniem elektrycznym. Z efektem tym związane są zjawiska wzbudzenia i jonizacji atomów oraz ich rekombinacji.

Elektrony poruszające się w gazie zderzają się z atomami. Jeżeli energia kinetyczna jest elektronu jest niewystarczająca do wywołania jonizacji, to w wyniku zderzenia z atomami może nastąpić wzbudzenie atomu, czyli przejście jednego z zewnętrznych elektronów w atomie na bardziej oddaloną od jądra orbitę. Stan wzbudzenia trwa bardzo krótko (rzędu 10^-9 s). Elektron wracając na starą orbitę emituje kwant energii, czyli foton. Gdy energia emitowanych kwantów odpowiada energii kwantów widzialnego zakresu widma fal elektromagnetycznych, to powrót elektronu ze stanu wzbudzonego do stanu podstawowego postrzegany jest jako świecenie gazu.

W zależności od tego, na skutek jakich czynników powstają w gazie cząstki naładowane niezbędne dla przepływu prądu, wyróżnia się wyładowania samoistne i niesamoistne. Wyładowania samoistne charakteryzują się tym, że powstają wyłącznie pod wpływem napięcia elektrycznego między elektrodami. Proces jonizacji inicjowany jest przez promieniowanie kosmiczne bądź też pierwiastki promieniotwórcze, które zawsze występują w szczątkowych ilościach w gazie lub materiale elektrod. Przy wyładowaniu niesamoistnym oprócz napięcia między elektrodami niezbędne jest jeszcze oddziaływanie dodatkowych czynników zewnętrznych wywołujących jonizację gazu. Czynnikami tymi mogą być promienie świetlne, promieniowanie jądrowe, emisja termoelektronowa rozżarzonej elektrody lub inne.

Drgania elektryczne, w których następują po sobie okresowo eksponencjalne wzrosty i spadki napięcia, noszą nazwę drgań relaksacyjnych. Do wytwarzania drgań relaksacyjnych wykorzystuje się proces ładowania i rozładowywania kondensatora przez opornik. Proces ten najczęściej stymulowany jest lampą neonową zwaną też neonówką lub stabiliwoltem. Jest to bańka szklana wypełniona neonem pod ciśnieniem około 20 mm Hg, w którą wtopiono dwie elektrody metalowe pokryte dodatkowo warstwą metalu łatwo emitującego elektrony. Jeżeli napięcie przyłożone do elektrod neonówki przekroczy tak zwane napięcie zapłonu U_z potrzebne do wywołania jonizacji lawinowej, przez neonówkę N popłynie prąd o natężeniu ograniczonym rezystancją zewnętrzną R.

Przepływowi prądu przez neonówkę towarzyszy świecenie gazu, które jest charakterystyczne dla wyładowań w gazach rozrzedzonych. Ze względu na małą odległość między elektrodami nie występuje cały obraz wyładowania opisany poprzednio, a jedynie jego fragmet w postaci warstwy świecącej przy powierzchni katody.

SCHEMATY UKŁADÓW WYKORZYSTYWANE W ĆWICZENIU

1. Schemat układu do pomiaru napięcia zapłonu i gaśnięcia neonówki

R

+ N V

V₀

-

Z

2. Schemat układu do wyznaczania charakterystyki prądowo-napięciowej I=f(U₀) neonówki

A

R

+ N

V₀

Z -

3. Schemat układu do wyznaczania okresu drgań relaksacyjnych neonówki

R

+ N

V₀ C

Z -

---