¿Cuáles son estos anillos brillantes y oscuros alternos en lámpara fluorescente?

Question

Estoy bastante sorprendido por estos anillos espaciados regularmente alternancia de brillo en un tubo fluorescente. Estos también se desplazan a lo largo del tubo y sólo aparecen cuando el voltaje es bajo. ¿Cuáles son estos y ¿el patrón tiene algo que ver con la frecuencia de la CA?

Answer 1

Esto me recuerda a la de Franck-Hertz experimento donde patrones similares se producen.

En baja tensión, los electrones libres en el tubo será acelerado por el voltaje hasta que tienen suficiente energía para excitar un átomo de un gas golpeando. El átomo, finalmente, cae de nuevo a la tierra del estado y emite la luz. Debido a la cuantización de los niveles de excitación, esto aparece en el espacio.

Cuando el voltaje es lo suficientemente alto, la mayoría de los gases se excita tal que los electrones pueden moverse libremente y por lo tanto el patrón se ha ido.

Answer 2

Se ha sugerido que el patrón es debido a una posición de ondas de densidad (sonido) en el plasma en el interior del tubo, donde el naranja/azul spots pudiera corresponder a los nodos/antinodos en la onda estacionaria. Usted puede intentar encontrar la frecuencia de la señal eléctrica que podría ser la causa de esto por primera medición de la distancia entre un par de azulado (o un par de color rosado con manchas, y llamar a que la longitud de onda $\lambda$. A continuación, calcule una áspera teórico estimación de la velocidad del sonido en un vapor de mercurio de plasma de:

$v = 9800\times \sqrt{ \dfrac{\gamma T_e}{\mu} }$ (metros/seg.)

donde $\gamma = 1$ por razones que no voy a entrar en, $T_e$ es la temperatura electrónica y $\mu=200.6$ que es la relación de la masa de mercurio (Hg) a un protón. Podemos estimar que un electrón de la temperatura desde el 1 de potencial de ionización para el mercurio, que es de alrededor de 10.4 voltios. Los electrones libres se necesita para ser acelerados a la energía cinética (ec) de 10.4 eV para ionizar átomos de mercurio. El KE de los electrones en el plasma está relacionada con su temperatura electrónica por $\langle KE\rangle=kT_e$ donde $k$ es la constante de Boltzmann. Así, obtenemos un electrón de la temperatura de aproximadamente

$T_e = (10.4~eV)(1.602\times 10^{-19} J/eV)~~/~~(1.38\times 10^{-23} J/K) = 1.21\times 10^5 K$

Esto parece casi 10 veces mayor que la actual térmica de la temperatura del plasma en el interior del tubo, pero hay razones por las que esto es así (Google "temperatura electrónica")

Así... $v = 9800 \sqrt{\dfrac{1.21 \times 10^5}{200.6}}$ = $2.41\times 10^5$ m/s. (Sí, que es rápido)

Ahora, el uso de $f=v/\lambda$, se puede calcular la frecuencia de la señal causando el patrón.

$\it{Example}$ : si $\lambda$ = 20 cm, a continuación, $f=$1.20 MHz, que es sin duda una frecuencia asociada con radio AM portadoras de olas.

Tal vez este análisis es correcto, y tal vez hay algún otro mecanismo de hacer el patrón, pero vaya por delante y medir el $\lambda$ y gire la manivela para ver lo que se obtiene para una frecuencia $f$. A continuación, tratar de construir un transmisor de RF puede variar sobre el valor de la frecuencia se calcula, y ver si puede hacer que el patrón de cambio como cambia la frecuencia del transmisor cerca de la bombilla.

Buena suerte!

Answer 3

Estos anillos son llamados "Conos de Faraday", según Wikipedia. Ocurren cuando la presión de vapor de mercurio es baja. He visto más a menudo cuando una lámpara fluorescente es más fría que 70 grados F, especialmente en bulbos llegando al final de su vida. Puede desaparecer y el aumento de brillo como la bombilla se calienta. Tal vez esto puede conducir a una explicación mecanicista.